天然气水合物分解动力学研究进展

人们对气体水合物的实质性研究始于对天然气管道运输中遇到的天然气水合物堵塞问题。由于在油气生产与运输及未来能源产业中的重大价值,近年来有关天然气水合物的性质及其生成和分解过程成了人们关注和研究的热点。目前,关于水合物的相平衡理论、热力学性质、生成预测方法及其结构的研究已经相当深入;而关于其分解过程的研究相对来说起步较晚。国内天然气水合物分解动力学的研究基本上还处于空白状态,国外也是在1987年才开始。但是从实际生产的角度考虑,天然气水合物分解动力学的研究是很有实际意义的。本文试图对近年来国外在天然气水合物分解动力学研究方面取得的进展做出分析和评价,并提出今后的发展方向。     

天然气水合物分解对地层和管道稳定性影响的数值模拟

利用ABAQUS有限元程序,对海底管道及其附近地层的应力和位移场随着水合物分解范围逐渐扩大的变化情况进行了数值模拟计算。结果表明,水合物分解对管道、地层的变形和应力分布的影响显著,随着水合物分解范围的扩大,管道和地层的变形显著扩大,管道由小变形逐渐变化为整体倾倒变形,即失稳。在工程设计中,为保证地层中管道的安全,应严格控制管道附近水合物的分解范围。     

海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究进展

对国内外有关海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律方面的研究进行了详细调研,得到如下结论:天然气水合物的生成和分解条件在海底沉积物中与在井筒、管道中有明显不同,其主要原因是多孔介质中流体与孔隙壁面间的界面效应对海底沉积物中天然气水合物的形成条件会产生明显影响;在海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的数值模拟技术研究方面,研究者大都假设以天然气水合物作为盖层的成藏类型,借助常规油气藏数值模拟技术进行模拟研究;影响海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的因素很多,因此海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究必须借助试验模拟、数值模拟和现场测试相结合的综合方式进行。该调研成果可为今后天然气水合物经济有效开采技术方案选择和进行天然气水合物危害控制等提供参考。     

天然气水合物降压分解诱发储层变形破坏正交数值模拟实验研究

使用降压法进行天然气水合物开采时,天然气水合物沉积层的失稳破坏是制约其有效开发的关键因素.考虑水合物饱和度和有效应力同时变化对水合物沉积层主要力学参数的影响,建立天然气水合物降压分解诱发储层变形破坏的流固耦合弹塑性模型,编制USDFLD子程序,采用正交数值模拟实验方法,研究初始水合物饱和度、井底压力和有效主应力差对水合...     

沉积物中天然气水合物生成与分解过程的电阻率变化

测定天然气水合物在沉积物形成和分解过程中电阻率的变化对海底天然气水合物的勘探开采具有重要的意义。利用设计的水合物实验装置,以99.9%的甲烷气体—3.5%氯化钠溶液—南海沉积物为研究体系,模拟测量了温度周期变化下海底沉积物中天然气水合物形成与分解过程的电阻率。实验结果表明：当水合物在沉积物中生成时,沉积物电阻率增大。水合物初始成核时,沉积物的电阻率从4.493Ω·m减小至3.173Ω·m,随着水合物的大量形成、聚集,沉积物的电阻率增大至3.933Ω·m,最后随着松散的水合物逐渐老化致密,沉积物的电阻率逐渐减小趋于稳定至3.494Ω·m。当水合物分解时,沉积物电阻率减小。沉积物的电阻率随水合物的分解从6.763Ω·m减小到2.675Ω·m,最后趋于稳定至2.411Ω·m。温度震荡可促进沉积物中高饱和度水合物的形成,并且沉积物的电阻率随水合物饱和度增加而增大。样品的水合物饱和度从初次水合物生成时的21.80%增大到水合物再次生成时的82.17%,其电阻率从3.494Ω·m增到6.763Ω·m。     

我国发现世界最大的天然气水合物碳酸盐岩区

我国在南海发现了一个面积约430km^2．世界上规模最大的天然气水合物碳酸盐岩区。     

天然气水合物生成及分解的工艺流程设计

天然气水合物技术可显著降低天然气储运费用，提高天然气储运的经济性和安全性，受到了工业界的普遍重视，而设计研究高效的水合物生产工艺则是其工业化应用的基础。目前的天然气水合物工艺流程普遍存在着投资大、生产效率低、经济性差的缺点。为此，从水合物的基本组成出发，从降低能耗、优化水合物生成及分解的温度与压力、提高生成及分解的反应速率等方面对流程进行了设计：进入水合物反应釜前，水和天然气各自以一条支路流动；水从上支路泵入反应釜，而天然气则从下支路喷入反应釜；反应釜内温度控制为10 ℃，压力控制为5 MPa。综合考虑了各种分解方法的优缺点，选用加注热水法作为水合物分解的激发方式。该流程是专为固态天然气储运技术而开发的，具有成本低廉，可以高效连续制备、分解固体天然气等优点。     

海底天然气渗漏区热传递对天然气水合物形成的影响

天然气水合物的沉淀/分解作用是一种放热/吸热反应，海底天然气渗漏是从高温区向低温区运移而且携带热量，这2种热量（水合物生成热和渗漏天然气热容热）会导致海底温度场的变化并影响水合物的形成。以美国墨西哥湾布什山水合物丘为例，应用渗漏天然气形成水合物的动力学模型，探讨了水合物生成热和渗漏天然气热容热对水合物稳定性的影响：在布什山，水合物天然气渗漏量为1.8 kg/（m²·a）和10%的渗漏天然气沉淀为水合物条件下，10 ka内水合物生成热和渗漏天然气热容热使海底表层的地温梯度增加了3℃/km，在1 km深处的沉积层地温梯度则降低了1.4℃/km左右,温度最大的扰动发生于400 m左右深的沉积层里(增加了0.4℃)，这样的温度场变化使水合物稳定带厚度减少了12 m，使0.06 kg/m ²的水合物分解。     

降压法开采天然气水合物藏物理模拟相似准则分析

考虑降压法开采天然气水合物藏中所涉及到的水合物分解动力学过程、多相渗流过程、相变及传热等几个重要因素,推导出了三维降压法开采水合物藏物理模拟实验应满足的相似准则,并对各个相似参数的物理意义进行了分析。     

天然气水合物降压开采分解前缘移动数值研究

随着我国经济在迅猛发展,社会在不断进步,在水合物分解过程中,已经分解的区域与未分解的区域之间存在一个过渡带,即分解前缘,研究分解前缘移动规律有助于认识水合物分解特征和进一步预测分解气量,对实际开采以及开采潜力评价提供大方向的科学参考.本文依据Stefan边界理论建立水合物分解前缘一维三相数学模型,通过参数量级分析,将水...     

深水井开采制度对天然气水合物分解的影响

深水井生产过程中,当地层高温流体流向井口时,由于温差的存在,会通过井筒向地层传递热量,破坏水合物地层的原始温度和压力环境,诱发水合物分解并产生大量甲烷气,导致突增的附加高压直接作用于水泥环,甚至会引发地层失稳、海底滑坡等灾害,严重威胁深水井的井筒完整性.鉴于此,基于传热学理论建立了井筒温度场模型,计算水泥环第二胶结面温...     

天然气水合物二次生成及渗透率变化对降压开采的影响

在 考虑天然气水合物二次生成及渗透率变化的基础上,建立了实验室尺度下的天然气水合物降压开采数学模型。利用该数学模型,对天然气水合物降压开采过程中的水合物二次生成进行了模拟,并分析评价了水合物二次生成及渗透率变化对水合物分解产气的影响。模拟结果表明:水合物二次生成主要局限于降压产气出口附近,二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化;同时,水合物二次生成会导致产气速率大幅降低、产气持续时间延长和系统压力急剧增加,但累积产气量不受其影响。研究发现,不同于纯降压产气过程,在水合物二次生成的情形下,产气受出口压力的影响较大,而初始温度对产气的影 响较小。     

天然气水合物藏注热开采敏感参数分析

天然气水合物作为一种潜在的未来能源,其开采已经成为天然气工业新的研究热点。基于水合物藏热力开采的机理,建立了数学模型并编制了软件,对影响水合物藏注热开采效果的参数进行了敏感性分析。结果表明,分解前缘移动速度和累积产气量主要受孔隙度、注热温度、初始水合物饱和度、水合物藏初始温度、分解区导热系数和热扩散系数的影响,而未分解区的热力学参数对注热开采影响不大,该研究对今后水合物藏的注热开采具有一定的指导意义。     

榆林气田南区天然气水合物防治技术探讨

天然气开采环境为低温、高压,这就导致在输气过程中极易产生游离水从而生成天然气水合物最终影响气田生产。通过研究天然气水合物的特征及形成条件,结合榆林气田南区生产实际特从理论指导、工艺调整、现场操作等方面提出天然气水合物的预防措施,为采气管线安全平稳运行提供保障。     

天然气水合物开采的全生命周期分析

介绍了天然气水合物(NGH)的成因和矿藏特点,运用生命周期评价(LCA)和生命周期成本分析(LCC)两大方法,分别对海洋NGH开采的环境效应和经济效益进行了系统分析,并与天然气(NG)开采进行对比。结果表明,NGH开采排放的酸性气体接近零,温室气体排放也比较少,全生命周期成本比NG开采低。降低开采和管道的泄漏可以使环境性能更好,开采技术的进步可以使经济可行性更高。NGH的合理开采利用可以获得巨大的经济效益且不会对环境造成危害,有助于解决目前的能源危机。     

微波开采天然气水合物气藏技术

微波加热技术作用速度快，设备简单，灵活性高，不对储层造成任何污染，适合于开采各类型天然气水合物资源。研究了微波开采天然气水合物气藏的机理，如加热作用、造缝作用和非热效应；总结了微波开采天然气水合物气藏的实验研究成果；指出微波加热开采天然气水合物气藏的3种方法：一是微波对由地面注入地层的水或盐水加热，二是微波通过直井对储层加热，使地层温度升高，三是微波通过多分支井对储层加热。     

水合物法天然气脱硫工艺研究

天然气中H2S的存在会给天然气的储存、输送、利用和环境都带来影响,必须对其进行脱硫净化。常规的天然气脱硫工艺有干法脱硫、膜分离、湿法脱硫和生物脱硫等。水合物法通过使H2S优先生成水合物并进入水合物相的工艺原理,实现天然气脱硫,与常规方法相比,具有工艺流程简单、能耗低、环保等独特优势,应用前景广泛。     

天然气水合物生成溶液的表面张力研究

提出使用高性能的氟碳表面活性剂来促进天然气水合物的生成,并通过实验研究了氟碳表面活性剂、碳氢表面活性剂及其复配后的表面活性性能,分析了配比、浓度和温度对复配溶液表面张力的影响,提出相应的表面张力计算关联方法。最后分析研究了压力对天然气水合物溶液表面张力的影响,提出利用等张比容法(基团贡献法)计算表面张力。此研究为表面张力对天然气水合物形成的影响提供一定的研究基础。     

海洋天然气水合物藏钻探环空相态特性

海洋天然气水合物藏钻探过程中,水合物钻屑随钻井液向上返出,随着温度升高、压力降低,水合物钻屑上升至一定位置开始分解,使井筒流动变为环空复杂气液固多相流,这对井下流动安全产生严重威胁。考虑井筒温度、压力与水合物分解的耦合作用与影响,建立了海洋天然气水合物钻井过程中井筒温度模型、井筒压力模型、水合物动态传质分解模型和复杂环空多相流模型。通过模型求解,数值分析了井筒温度、环空压力和水合物分解在不同钻井工况下的变化规律。结果表明:增大钻井液排量,井筒中井底处循环钻井液温度升高,环空中井口处返出钻井液温度降低,分解起始位置下移;增大钻井液密度,环空压力升高,分解起始位置上移;增大钻井液入口温度,井筒温度升高,分解起始位置下移;增大机械钻速,分解起始位置不变。