天然气水合物形成条件与生长过程研究

测量并计算了合成天然气水合物的形成条件,结果表明,温度越高,水合物相平衡压力越高,而且压力的增加率越大．在水合物相平衡测量基础上利用水合物形成实验装置,在定压条件下对表面活性剂体系水合物的形成过程和水合物的储气质量进行了实验研究,实验结果表明,活性剂对水合物的形成具有显著的促进作用,提高了水合物的储气密度．在3．86MPa、274．05K条件下,天然气水合物的储气量达159．     

瓦斯水合物相平衡测定及分解热计算

为探究瓦斯水合物相平衡条件及其分解热特征,利用瓦斯水合物相平衡实验装置结合图形法研究了CH_4—N_2—O_2瓦斯混合气在纯水体系及TBAB(四丁基溴化铵,0.2mol/L)添加剂体系的水合物相平衡条件,将纯水体系下瓦斯水合物相平衡压强实验值与Chen-Guo模型计算值进行对比,基于Clausius-Clapeyron方程计算了瓦斯水合物分解热.结果表明:瓦斯水合物相平衡条件随着CH_4浓度的升高变得更加温和,TBAB可显著改善瓦斯水合物相平衡条件,使水合物相-气相边界向高温低压区域转移;相同温度下,2种瓦斯混合气在纯水体系生成水合物的相平衡压强实验值均低于Chen-Guo模型计算值,相对误差分别为0.18,0.23;水合物分解热随着瓦斯中CH_4浓度的升高而增大,TBAB体系瓦斯水合物分解热远大于纯水体系.     

加压低温条件下H2O-H2O2-C3H8三元体系相平衡研究

为了开发低浓度过氧化氢水溶液的气体水合物浓缩新方法,在加压低温条件下,对H2O-H2O2-C3H8三元体系形成气体水合物的相平衡进行了研究.测定了不同浓度过氧化氢水溶液中添加表面活性剂时形成气体水合物的平衡温度和压力,结果表明气体水合物的平衡压力随着过氧化氢浓度增加而增大、随着温度的升高而升高.此外,还运用Chen-G...     

含1,1,1,2-四氟乙烷混合气体体系Lw-H-V相平衡实验研究

利用恒温压力搜索法在277．15～295．49K温度范围内测量了3组含R-134a混合气体生成水合物的相平衡条件，结果表明在实验温度范圊内R-134a显著降低甲烷和氢气形成水合物的压力；对其中一组数据采用Parrish-Prausnitz模型进行了相平衡预测计算，并修正了该奈件下的Langmuir经验常数，修正前后模型计算的最大压力误差分别为25．6％和4．11％，表明经验参数的修正改进了预测结果。     

基于组分追踪的水合物抑制剂注入量计算

在高压低温的输送条件下,湿气集输管道中会有天然气水合物生成,而生成的水合物可能会导致管道堵塞或关键控制设备失灵等诸多风险。加注醇类水合物热力学抑制剂（THI）,是预防湿气管道生成水合物的方法之一。若THI注入量过大,则不仅会增加采购、运输和储存成本,而且还会增加水处理成本。因此,在一定安全裕度的基础上,确定THI的最小注入量至关重要。基于经验公式法和相平衡软件的THI注入量的计算,不考虑流动的影响。为优化THI注入量,采用相平衡与流动耦合计算法,基于OLGA组分跟踪模型,对沿线的温度、压力以及THI质量分数进行了跟踪,以期较为准确地预测THI注入量。以陆地气田气和海底油田伴生气集输管道为例,对不同计算方法进行了对比。结果表明,相平衡与流动耦合计算法可减少THI注入量10%以上。     

干预作业下深水气井井筒水合物沉积规律研究

了解水合物沉积规律,可为深水气井干预作业方案优化及井筒内水合物防治提供思路。在气液两相流动模型的基础上,结合干预作业工具下放引起的热量交换和摩阻梯度变化,建立了干预作业下井筒压力和温度预测模型,采用迭代法对温度和压力模型耦合求解。基于水合物生长动力学模型,结合井筒温度和压力预测结果,建立水合物沉积模型,分析了干预作业下井筒内水合物沉积规律。结果表明,产量的增加导致井筒内压差升高,高产量下泥线处井筒温度较高;随着干预作业工具的下放,井筒内压力升高,但压力升高幅度逐渐减小,井口处压力的最大升高幅度约为3.0 MPa;干预作业工具直径占比小于50%时,干预作业工具直径越大,井筒压力越高;井筒泥线位置是水合物沉积堵塞高风险区域,低产井的水合物沉积速度比高产井的水合物沉积速度快;干预作业工具下放至泥线附近时井筒水合物沉积速度最快,干预作业工具直径占比50%时井筒水合物沉积速度较快。     

CO2-N2-TBAB-H2O体系水合物生成实验和模型研究

四丁基溴化铵(TBAB)可以作为热力学促进剂用于从烟道气中分离CO₂。研究CO₂-N₂-TBAB-H₂O体系水合物生成条件的热力学模型,为水合分离CO₂ 提供热力学相平衡数据,具有一定实际意义。将Chen-Guo水合物热力学模型用于计算CO₂+N₂ 在TBAB溶液中的水合物生成压力,将计算结果与实验值、文献值进行比较,误差分别为15.96%、5.45%,并对误差进行分析。     

井筒与油藏耦合条件下的水平井非稳态产能预测(Ⅱ)--计算模型

在段永刚、陈伟等提出的井筒与油藏耦合作用下的水平井产能预测数学模型的基础上,借鉴Cinco H等人求解有限导流垂直裂缝压裂井压力动态的计算方法,建立产能预测计算模型,同时,考虑到工程应用计算的方便性与实用性,进一步建立Laplace空间中的计算模型,从而能够在油藏模型中利用大量现存的水平井渗流数学模型及其压力解,通过迭代求解可以获得定产量条件下的井筒流入流率分布、井筒压降分布等重要信息.     

长输管道内天然气最大允许含水量的预测

提出一种预测长输管道内天然气最大允许含水量的方法。输气管道内压力温度变化复杂,呈较陡的变化趋势,对应的天然气含水量也随之变化。详细地分析了输气管道内天然气含水量的变化规律,得出决定输气管道内最大允许含水量的压力温度条件。从统计热力学理论出发,以相平衡理论为基础,给出了预测长输管道内最大允许含水量的理论模型和计算方法,在给定输气管道入口压力温度条件下,能准确预测输气管道内不形成水合物允许的最大含水量。最后,将计算结果与实验数据作了比较。结果表明,此模型具有较高的精度。     

THF对低浓度瓦斯水合化分离热力学条件促进作用

利用可视化分离实验装置,测定了3种浓度(1,0.1和0.01 mol/L)四氢呋喃(THF)溶液中低浓度瓦斯水合化分离热力学参数,色谱分析了分离产物中CH4提纯浓度.对CH4-N2-O2-H2O体系水合物生成相平衡参数Chen-Guo模型计算值和本文实验值进行比较.结果表明:THF的添加有效改善了水合物形成热力学条件,例如17.70℃时,添加促进剂THF后水合物生成压力值降低了7.973 MPa;不同浓度THF溶液对瓦斯水合化分离熟力学条件的改善效果不同,所研究的3个浓度体系中,1 mol/L浓度的THF溶液促进效果最好.     

Three-phase flow of submarine gas hydrate pipe transport

In the hydraulic transporting process of cutter-suction mining natural gas hydrate, when the temperature-pressure equilibrium of gas hydrate is broken, gas hydrates dissociate into gas. As a result, solid-liquid two-phase flow(hydrate and water) transforms into gas-solid-liquid three-phase flow(methane, hydrate and water) inside the pipeline. The Euler model and CFD-PBM model were used to simulate gas-solid-liquid three-phase flow. Numerical simulation results show that the gas and solid phase gradually accumulate to the center of the pipe. Flow velocity decreases from center to boundary of the pipe along the radial direction. Comparison of numerical simulation results of two models reveals that the flow state simulated by CFD-PBM model is more uniform than that simulated by Euler model, and the main behavior of the bubble is small bubbles coalescence to large one. Comparison of numerical simulation and experimental investigation shows that the values of flow velocity and gas fraction in CFD-PBM model agree with experimental data better than those in Euler model. The proposed PBM model provides a more accurate and effective way to estimate three-phase flow state of transporting gas hydrate within the submarine pipeline.     

管输过程中天然气水合物沉降规律计算研究

天然气水合物具有气含率高、污染低、储量大等优点,具有良好的发展前景,因此对天然气水合物进行研究很有必要。以海底输送管道为研究背景,在多相流模型的基础上,建立了基于有限体积法的天然气水合物气-固两相流问题的数学模型,并进行了数值计算与分析,得出了直径差(管径与通流直径之差)与距管道入口距离之间的关系。设定管道入口流速和管径规格为定值,通过直径差分析了管道中水合物的堆积位置。计算结果表明,在其他条件不变的情况下,随着距管道入口距离的增加,直径差的变化规律符合Gauss曲线函数,并对此进行了拟合,得到了Gauss函数方程,利用此方程在给定管道位置的情况下能计算直径差。最后,通过改变管径大小进行了模拟和分析,得知Gauss函数方程也适用于不同管径的管道,可为预测水合物在管道中的堆积位置以及提高天然气水合物输送效率提供理论依据。     

管壁中不同含水率的气主导体系水合物沉积规律

管道中多相流动条件下的水合物生成和沉积会形成流动障碍,影响正常的油气生产和运输作业。基于水平环状流气主导体系中水合物易在气相中夹带的液滴中形成或者在管壁上生成的特点,建立管壁中不同含水率的气主导体系水合物沉积模型,分析了水平环状流中不同影响因素下的水合物沉积规律。结果表明,在水平环状流中,随着含水率和过冷度的增大,水平环状流中管壁上的水合物沉积速率逐渐增大,最大沉积速率增至原来的3倍,发生水合物堵塞的风险增大;由冷凝水生成的水合物沉积会随着时间的增加而增大。本研究可为后续相关的水合物堵塞以及水合物防治提供理论参考,具有重要的应用价值。     

表面活性剂对气体水合物生成诱导时间的作用机理

利用可视化水合物实验设备,研究了摩尔浓度均为1.0×10-3mol/L的3组溶液(T40、T40/T80(1∶1)、T40/T80(4∶1))体系中表面活性剂对气体水合物生成诱导时间的影响,运用直接观测法测定了水合物广义诱导时间,基于物质传递模型、水合物晶核生长模型及相平衡驱动力方程对实验结果进行了分析。结果表明:表面活性剂的增溶作用促使气体分子在溶液中过饱和,促进了体相-水合物晶体之间的物质传递,为气体水合物反应过程中主体分子(水)和客体分子(气体)的络合提供了驱动力;表面活性剂的自身结构特性及其水溶液的状态决定了其在超过临界胶束浓度(CMC)后胶束化,进而束缚气体分子并与水分子形成团簇,团簇的增多、胶束内空余空间的减少,使团簇互相碰撞接触的机会增多,促进了晶核形成;表面活性剂的增溶作用显著降低了被增溶物的化学势,使体系变得更加稳定,促进了水合物生成相平衡。比较表明:表面活性剂T40在促进水合物晶核生成、缩短诱导时间方面的作用显著。     

基于支持向量机-CV的天然气水合物生成预测

天然气水合物的生成过程是一个多组分、多物态的系统,存在着复杂的结晶成核过程,需要考虑压力、温度、促进剂、搅拌速度等因素的影响,不但涉及动力学问题还涉及热力学问题,对其生成很难进行精确预测。基于支持向量机理论,结合实验数据,建立支持向量机预测模型来进行天然气水合物生成时的相平衡压力预测,采用平均平方误差、平方相关系数,以及平方绝对百分比误差和平均绝对误差等四种误差公式对预测精度进行评估, 结果分别为8.37008×10^-5、99.8976%、0.5424%、1.9900%,还对源数据进行了归一化([1,2])预处理以及利用交叉验证方法对核参数g(4)和惩罚因子c(1.4142)进行了优化。模拟结果显示,由支持向量机预测模型得到的相平衡压力与实际实验获得的相平衡压力基本一致,预测效果较理想,证明该模型具有较高的准确性和可靠性。     

高含CO2水合物生成条件模拟与预测研究

利用"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室(西南石油大学)专用水合物测试装置,测定了不同二氧化碳含量的烃类气样在不同给定压力下生成水合物的温度,同时基于分子热力学理论建立了高含二氧化碳气体的水合物生成条件预测模型.将模型的预测结果与测试结果进行对比分析验证,结果表明:建立的模型对高含二氧化碳气体水合物预测结果较准确,最大相对误差仅为0.91%,能满足工程设计与计算的要求,为高含二氧化碳体系水合物研究提供了一定的理论依据.     

新型水平气井气水两相管流压降计算模型设计

为了更准确地把握压降,提出一种水平井筒内气水两相管流的压降计算模型.该模型基于两个假定:假定气相和液相的速度相等;假定两相介质已达热力学平衡状态,压力、密度等互为单值函数.实例计算结果显示,出水水平气井井筒压力沿趾端根端方向呈单调下降趋势,但趾端附近的压降明显小于井筒内其他位置的压降.     

油基体系下天然气水合物浆液流动实验研究

在多相流管输体系下,水合物浆液在流动过程中会遇到崎岖不平的地形地貌,此时采用倾斜管道显得尤为重要。因此,研究了天然气水合物浆液在倾斜管内的流动特性对堵塞管路的影响。在低温高压可视水合物实验环路上,开展了油基体系下油＋天然气的水合物堵管实验,探究了初始压力、初始流量等因素对天然气水合物浆液流动和堵管时间的影响。同时,利用实时在线颗粒测试仪,对水合物生成、流动及堵管过程中水合物颗粒的微观变化进行了分析。结果表明,随着初始压力增大,天然气水合物的诱导时间、生成时间和浆液流动时间均缩短,天然气水合物堵管趋势增大;随着初始流量增大,天然气水合物的诱导时间、生成时间和浆液流动时间均延长,天然气水合物堵管趋势减小。对水合物生成至堵管的过程以及堵塞机理进行了分析。对油基体系下天然气水合物堵塞管路的研究结果表明,在油基体系下可以通过减小初始压力、增大初始流量来有效地减小天然气水合物堵塞管路的概率。研究结果可为维持和保证天然气水合物在管道中的安全流动提供理论参考及依据。     

海底砂岩水合物生成机理及储量预测研究进展

天然气水合物作为一种新型能源,90％储存于海洋环境中,其中以海底砂岩水合物储量最高,质量最好,最具开发价值.从海底砂岩水合物生成影响因素及储量预测两个方面的研究进展进行了分析和介绍.在生成影响因素方面,主要阐述了海底砂岩粒径、界面特性、盐的浓度和气体组分对砂岩型水合物形成量的影响,并分析了其影响原因;在储量预测方面,总...