天然气水合物分解动力学模型研究(85)

应用本征气体化合物分解动力学的改进模型对天然气水合物的成分分离情况进行预测,分析各种天然气水合物分解动力学及其分解率最大估值公式.研究认为,在相同的驱动梯度下,天然气水合物的分解速度相对更慢;用客体解吸驱动梯度和气水合物分解速率的上极限表示的水合物晶格熔解过程具有独立性,应用分子分解速率流标准化公式能得到不同化合物形式的分解速率常数.     

乙二醇溶液作用下丙烷水合物分解实验研究

通过可视化天然气水合物开采模拟系统进行了模拟抑制剂法分解天然气水合物实验,研究了恒流量注入不同质量分数(60.1%,69.8%,80.2%,99.5%)乙二醇(Ethylene glycol)溶液定容分解丙烷水合物实验,研究了抑制剂分解丙烷水合物过程中的温度、压力变化等,同时进行了热量衡算及能效分析.计算得平均分解速率介于3.59-7.67mol·min-1·m-3,平均分解反应速率随浓度变化近似呈线性增长;能效介于61.8%～81.5%;能量产出比介于4.89～6.49;随乙二醇浓度的增加,能量效率和能量产出比也随之增大,但增加的梯度中会出现拐点.与注纯水相比注乙二醇可减少水合物分解时所需要的热量,加速水合物分解,提高分解的能量效率和能量产出比;与低浓度抑制剂相比能效和能量产出比也有明显的提高.     

抑制剂对甲烷水合物生成规律影响的研究

天然气水合物储量巨大，是未来替代煤和石油等传统化石能源的新型清洁能源之一。天然气水合物生成、抑制与分解受多种因素的影响，在研究化学抑制剂对水合物分解抑制与加速效果时需要考虑多重因素的影响，如纯水或海水、反应釜内不同气液比、压力等。利用自行研制的可视化水合物生成、抑制和分解模拟装置进行了水合物相关模拟实验研究。在气液体积比为150∶350时，采用实验室自配的动力学抑制剂KHI3和不同质量分数的NaCl进行复配分析，选出最佳复配方案。结果表明，在3%NaCl+1%KHI3（质量分数）复配方案下，水合物不易生成；KHI3质量分数为2%时，水合物成核速率反而增快，对水合物生成起到促进作用。在实际应用中，应该严格控制抑制剂质量分数，避免出现水合物大量生成而导致的管道堵塞。     

水合物合成电容特性与降压开采二维实验研究

在天然气水合物二维开采模拟系统基础上,进行了水合物原位生成及分解过程的实验研究,探讨了温度、压力及电容的变化特性;开展了天然气水合物降压开采二维实验研究,得到了二维开采过程中各参数的动态变化规律,并对敏感因素进行了评价.在水合物合成过程中,随水合物饱和度的增加,水量的不断减少,电容量总体减小趋势明显.降压开采表明在二维平面上存在一定的压差与温差,其中温降随与开采井的距离增大而减小.产气过程分为流动阻力控制、分解速率控制以及残余气体采出三个部分,主要受分解速率和流动阻力共同影响.     

天然气水合物降压分解传热特性分析

天然气水合物广泛存在于海底和冻土等极地环境中,是未来潜在的新型天然气能源.降压开采天然气水合物适合于大规模工程应用,边界传热是影响天然气水合物分解速度的重要因素.研究了天然气水合物降压开采的控制机理,建立了二维开采模型,分析了实验室小尺度下不同边界传热条件对天然气水舍物降压开采过程中温度、压力、饱和度以及产气率变化的影响.结果表明,水合物降压开采需要边界能量输入,边界绝热时产气总量为完全分解时的1/36,边界温度越高,水合物分解越快,边界温度为277.45K时分解速度为275.45K时的2.5倍,产气率越快,但对产气总量影响不大.     

注甲醇溶液分解丙烷水合物实验模拟

在自制的可视化水合物开采装置中进行了以恒流量注入不同质量分数（30．0％,60．1％,80．2％,99．5％）甲醇溶液定容分解丙烷水合物的模拟化学试剂法分解天然气水合物实验。结果表明,分解实验开始后,釜内液相温度缓慢降低,压力近似于线性增长,分解时间随着质量分数的增加逐渐减少但减少的程度在减弱。通过计算得到丙烷水合物的平均分解速率介于0．02059～0．04535mol／（min·L）,并随注入甲醇质量分数的增加而增大。与注入纯水分解水合物实验相比甲醇的注入可以减少水合物分解时所需要的热量、加速水合物分解,同时提高甲醇的质量分数有利于加速水合物的分解。     

天然气水合物多级降压+注化学剂联合开采实验研究

模拟海底高压低温条件合成较高饱和度的天然气水合物,以多级降压模式开采天然气水合物作为空白组,研究了多级降压+注醇类、多级降压+注无机盐类以及不同质量分数化学剂对天然气水合物分解和开采效率的影响。同时,根据实验结果,优选了分解效率最优的化学剂。结果表明,多级降压+注化学剂开采天然气水合物比纯多级降压模式能有效提高瞬时产气速率,且提高整体分解效率;在多级降压+注醇类模式中,多级降压+注30%乙二醇模式性能最佳,与纯多级降压模式相比,其分解效率提高51.3%,2 h内的开采效率提高67.3%;在多级降压+注无机盐类模式中,多级降压+注15%氯化钙模式性能最优,与纯多级降压模式相比,其分解效率提高47.3%,2 h内的开采效率提高60.4%。在实际开采过程中,应选择适宜的化学剂质量分数,以避免污染环境。     

青海木里煤田天然气水合物稳定带研究

天然气水合物稳定带是天然气水合物成藏的必要条件,气体组分、地温梯度、多年冻土层厚度是影响稳定带的主要因素.本文以青海木里煤田钻探得到的天然气水合物实物样品的气体组分为依据,利用Sloan的天然气水合物相平衡程序(CSMHYD),计算得到该区天然气水合物温压相平衡曲线;通过对煤田钻孔简易测温数据的处理,获得冻土层厚度和冻土层下地温梯度等重要数据.基于上述基础数据,提出利用计算机编程模拟计算单孔天然气水合物稳定带参数的方法,根据单孔数据首次编制获得木里煤田天然气水合物稳定带底界埋深等值线图.研究结果表明:木里煤田85个钻孔的天然气水合物稳定带厚度均值达1 000m,显示本区具有天然气水合物赋存的广阔空间;稳定带底界埋深等值线展示了水合物温压平衡区间的平面分布特征,底界埋深超过1 500m的聚乎更矿区南部、哆嗦公马矿区中部和雪霍立矿区东部,是天然气水合物赋存的有利区域.     

DSC技术在天然气水合物研究中的应用

介绍了DSC技术的基本原理,在天然气水合物热力学研究、动力学研究、水合物抑制剂评价中的应用。DSC技术作为一种热分析方法,它具有试样微量化、不用溶剂、适用范围广、快速简便等优点,为探索天然气水合物的特性提供了又一种有效的技术手段。     

防止天然气水合物堵塞的方法

根据天然气水合物生成的热力学和动力学规律。讨论了了三类天然气水合物阻止剂的作用机理。热力学阻止剂可用于高寒地区，但用量偏大。动力学阻止剂和防聚剂用量小，但前者不能用于高寒地区，后者能用于气井。三类天然气水合物阻止剂具有各自适合的场合和发展空间。     

金属纳米颗粒对甲烷水合物分解过程的影响

天然气水合物形成的冰堵是造成管道堵塞的重要原因，金属纳米颗粒的添加可以增强水合物分解过程的传热传质，加速水合物分解。为分析金属纳米颗粒对甲烷水合物分解过程的影响，采用分子动力学方法模拟了纯水体系和金属纳米颗粒体系中甲烷水合物的分解。结果表明，甲烷水合物的分解是逐层进行的，分解速度随温度升高而升高；金属纳米颗粒体系下，水分子和甲烷分子扩散系数均高于纯水体系，粒径为1.0 nm的体系中水分子和甲烷分子的扩散系数大于粒径为1.5 nm体系。可见金属纳米颗粒有利于促进水合物分解，而且相比于金属颗粒的种类，粒径大小对水合物结构影响更大。     

电阻探测技术在天然气水合物模拟实验中的应用

基于水合物储层电阻变化的测井技术已在水合物勘探领域广泛应用,在水合物实验模拟研究中,电阻法监测水合物生成与分解过程同样是一种有效的技术手段。文中介绍了以电阻法为核心监测手段的天然气水合物合成模拟实验装置在多孔介质体系中的应用。概述了阻抗测试系统的基本组成及工作原理,并依据实验过程中体系阻抗和温度的变化将水合物生成过程分为5个阶段。分析结果表明,在5个阶段的反应过程中,阻抗的变化都能得到很好的解释。这说明电阻探测是天然气水合物模拟实验中的一项有效的探测技术。     

甲烷水合物常压分解

在容积为1L的高压反应釜中制备甲烷水合物，采用常压恒温分解法测定了甲烷水合物分解过程的实验数据，并提出了以微分方程表达的宏观分解动力学模型，同时计算出甲烷水合物分解的活化能为76．93kJ／mol。并与其他人测定的活化能数据进行了对比，验证了动力学模型的可靠性。     

甲烷水合物储气实验研究

利用甲烷水合物储气的实验装置，对高纯度甲烷（甲烷的体积分数为99.9%)气体的水合物形成过程进行了初步的实验研究，获得了水合物形成过程的耗气速度、储气密度与水合物形成条件（压力、表面活性剂种类、水量）的关系。研究结果有利于水合物储存天然气技术的推广和应用，对实现水合物技术的开发、利用和进一步研究水合物形成动力学具有重要价值。     

一种开采天然气水合物的新方法——注高温海水法

向海洋天然气水合物中注入热海水1h后,水合物开始分解产生大量甲烷气体,系统压力呈线性增加,2h后压力缓慢上升;水合物分解率随温度升高而增加;随注入流量的加大其分解率也增加;但分解率随时间不是无限的增加,而是在10b以后趋于稳定状态;在管线和反应器里发现了固体沉淀.     

水合物加热开采时土体变形数值分析

天然气水合物是未来的一种新型能源,但水合物的分解可能使地表产生较大的变形,从而影响到开采平台及地面建筑的稳定性,甚至带来环境灾害.基此,文章利用有限元法对水合物的加热开采过程进行了热力耦合分析,得到了水合物开采过程中土体的变形规律.计算结果表明：水合物加热开采时,土体变形量随着分解半径的增大而非线性增加;当水合物分解半径为40m时,地表最大沉降迭0.38m,最大水平位移为0.12m.     

电场辅助水合物生成与分解研究进展

水合物技术在天然气储运、二氧化碳捕集与封存、气体分离和冷能等领域具有广阔的应用前景.自然条件下,水合物普遍存在着生成速率低、应用环境限制多等因素,因此常采用物理法或化学法来改善其工业化生产条件.物理法和化学法具有生成速率高、储气量高的优点,但存在能耗高、设备成本高、环境污染等问题.近年来,电场对水合物的影响及其作用机理...     

基于CEEMDAN的希尔伯特变换在海底天然气水合物地震探测中的应用

当地层中填充了天然气水合物后,沉积物的一些物理性质会发生相应的改变,最终引起地震属性的变化,因此地震属性中包含了大量地质特征,是识别海底地层是否存在天然气水合物的一个重要标志。通常用来识别天然气水合物的瞬时振幅、相位、频率可以应用希尔伯特变换来获得,但单纯的希尔伯特变换获得的瞬时属性有效信息较少,为了获得更高的分辨率,提出了基于EMD算法的希尔伯特变换,由于EMD算法模态混叠严重,最终提出了改进后的CEEMDAN算法。本文利用CEEMDAN算法对地震属性信号进行分解,选择了包含有效信息的IMF分量与希尔伯特变换相结合,获得了瞬时属性,将方法用于OBS(海底地震仪)和垂直缆的天然气水合物数据中,得到的属性结果分辨率较高,清晰地表明了海底似反射BSR(Bottom Simulating Reflector)的瞬时振幅和频率信息,为识别天然气水合物提供了依据。     

甲醇与CO2/CH4混合气开采天然气水合物研究

针对CO2置换法开采CH4水合物的过程中CO2水合物在井底过早生成、高压下CO2发生液化导致渗流过程驱替阻力过大等问题,同时为了获得高压且富含CH4的产物气,选择CO2/CH4混合物作注入气,在岩芯驱替装置上研究了“抑制剂⁃气体置换法”分解CH4水合物的过程。结果表明,当混合气中CH4体积分数为57.4%时,可在7.5 MPa下获得体积分数为72.9%的CH4产物气,并且获得的CH4产物气的量要显著大于所注入的CH4的量。另外,还评估了在地层深部低体积分数的甲醇溶液（20%）和高体积分数CH4混合气（77.9%）对天然气水合物的分解效果,结果显示,随着“抑制剂⁃气体置换法”分解天然气水合物过程的进行,地层深部的CH4水合物基本不发生分解,但CO2水合物生成过程依然十分显著。     

混合致冷剂水合物晶体生成和分解过程研究

为了深入了解水合物的生长动力学机制,通过对混合致冷剂HCFCl41b／HFC152a水合物晶体生成及分解过程的形态进行观测,从动力学和形态学方面验证了混合致冷剂水合物的性能互补特点．结果表明,混合致冷剂水合物与低压致冷剂HCFC141b水合物相比,其引导时间更短,生成速度更快．混合致冷剂。HCFC141b／HFC152a水合物可在10℃融化,克服了高压致冷剂HFC152a水合物相变温度高的缺点,证明了混合致冷剂水合物较单一致冷剂水合物更适合作为蓄冷空调的储冷介质。