天然气水合物生成条件的测定和计算

利用全透明蓝宝石水合物静力学实验装置,测定了4种塔里木油田天然气在纯水中的水合物生成条件.将Chen-Guo 水合物模型应用于天然气水合物生成条件的计算,实验测定的4种天然气水合物生成条件的计算结果和实验结果符合得很好.     

水基钻井液中天然气水合物形成的研究进展

依据水基钻井液中天然气水合物生成的相关研究,结合理论与实践,介绍了一些钻井液处理剂对水合物生成的影响,重点概述了水基钻井液对天然气水合物生成的抑制效应,并简要说明了水合物抑制剂在钻井液中应用的相关研究。     

Impact of water film thickness on kinetic rate of mixed hydrate formation during injection of CO2 into CH4 hydrate

In this work, nonequilibrium thermodynamics and phase field theory (PFT) has been applied to study the kinetics of phase transitions associated with CO₂ injection into systems containing CH₄ hydrate, free CH₄ gas, and varying amounts of liquid water. The CH₄ hydrate was converted into either pure CO₂ or mixed CO₂?CH₄ hydrate to investigate the impact of two primary mechanisms governing the relevant phase transitions: solid‐state mass transport through hydrate and heat transfer away from the newly formed CO₂ hydrate. Experimentally proven dependence of kinetic conversion rate on the amount of available free pore water was investigated and successfully reproduced in our model systems. It was found that rate of conversion was directly proportional to the amount of liquid water initially surrounding the hydrate. When all of the liquid has been converted into either CO₂ or mixed CO₂?CH₄ hydrate, a much slower solid‐state mass transport becomes the dominant mechanism. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 3944–3957, 2015     

多孔介质中水合物生成与分解的电阻率性质

A new one-dimensional system for resistivity measurement for natural gas hydrate (NGH) exploitation is designed, which is used to study the formation and decomposition processes of NGH.The experimental results verify the feasibility of the measurement method, especially in monitoring the nucleation and growth of the NGH.Isovolumetric formation experiment of NGH is performed at 2 ℃ and 7.8 MPa.Before the NGH formation, the ini-tial resistivity is measured to be 4-7 Ω·m, which declines to the minimum value of 2-3 Ω·m when NGH begins to nucleate after the pressure is reduced to 3.3 MPa.As the NGH grows, the resistivity increases to a great extent, and finally it keeps at 11-13 Ω·m, indicating the completion of the formation process.The NGH decomposition ex-periment is then performed.When the outlet pressure decreases, NGH begins to decompose, accordingly, the resis-tivity declines gradually, and is at 5-9 Ω·m when the decomposition process ends, which is slightly higher than the resistivity value before the formation of NGH.The occurrence and distribution uniformity of NGH are determined by the distribution and magnitude of the resistivity measured on an one-dimensional sand-packed model.This study tackles the accurate estimation for the distribution of NGH in porous medium, and provides an experimental basis for further study on NGH exploitation in the future.     

天然气水合物形成与生长影响因素综述

天然气水合物(NGH)是水分子和天然气分子形成的一种复杂的笼型晶体,其在油气管道输送、天然气储存和制冷等行业中都具有重要的研究意义和利用价值,但天然气水合物的形成是一个多组分、多阶段的复杂过程,不同因素对于天然气水合物形成和生长的影响尚有待明确。本文介绍了天然气水合物形成的物理过程以及水合物成核的3种机理假说;详细梳理了基质两亲性、添加剂、多孔介质环境和杂质、液体组成、温度压力以及流动条件等因素对于天然气水合物形成和生长的影响,并对其作了简要分析。同时指出,原油组成对于水合物抑制效果的定量化、蜡晶结构对于水合物形成过程中传质和传热的影响以及微观化的动力学抑制剂抑制机理等都是水合物相关研究中需要进一步深入探究和明确的问题。     

甲烷与冰快速形成天然气水合物的影响因素研究

设计了冰-气生成天然气水合物的实验装置,对由冰和甲烷反应生成天然气水合物的影响因素进行实验研究。结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小,越有利于水合物的生成,促进水合物快速形成的搅拌速度和促进剂浓度最佳值分别是800 r/min和800 mg/L。     

气体水合物生成过程强化方法研究现状

气体水合物因其特殊的物理化学特性,已被气体分离、二氧化碳捕集与封存、海水淡化、气体储运等诸多领域学者广泛研究。但气体水合物生成条件较为苛刻、生成速率及储气能力较商业化应用还有较大差距。本工作从气体水合物生成条件、生成速率、储气能力等角度,分别综述了机械强化、外场作用、添加剂等强化方法对气体水合物生成过程的强化原理、技术特征及其研究现状;综合比较分析了各种强化方法的优势及存在的问题;展望了各强化方法的未来发展方向及其适用领域;特别是针对气体水合物法海水淡化的技术特征和关键问题,提出以外电场强化气体水合物法海水淡化过程的新思路。     

聚乙烯吡咯烷酮在天然气水合物生成中的作用

研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在天然气水合物生成中的促进和抑制作用,结果表明PVP作为促进剂时,在确定的反应温度和压力下有一个最佳的浓度,在确定的使用浓度和温度时则有一个最佳反应压力,否则PVP的加入将抑制水合物的生成。认为PVP在低浓度时作为高分子表面活性剂,降低了溶液的表面张力,加速了水合物生成。在高浓度时,其长链上的五元环吸附水合物表面未完成的孔穴,阻止了水合物晶核的增长。     

水合物降压分解的实验及数值模拟

在天然气水合物一维分解模拟系统上进行模拟多孔介质中水合物降压分解的实验。在考虑天然气水合物分解动力学机理以及流体渗流模型的基础上;建立天然气水合物降压分解的数学模型。利用模型对降压实验进行拟合;获得了多孔介质内水合物分解本征速度常数数量级为10 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1;比文献中测定的纯水中水合物分解本征速度常数低3个数量级。对模型进行了参数分析;发现对于实验室规模的一维系统;分解动力学过程控制整个分解过程;而对于现场规模的水合物藏;整个开采过程受水合物藏流动特性的控制;而受水合物分解过程的影响较小。     

天然气水合物资源开发现状及前景

天然气水合物被认为是21世纪的主要清洁能源,也是当今世界科学研究的前沿之一。我国开展天然气水合物研究,对我国宏观能源战略决策、开拓新学科领域和社会可持续发展均有重要理论意义和广阔的应用前景。论述了天然气水合物资源及未来,提出了我国应采取的措施及策略。     

多孔介质中水合物生成与分解二维实验研究

采用电容、压力、温度测试作为监测手段,自行研制了一套天然气水合物二维开采模拟系统,可用于水合物生成与分解过程中温度场、压力场、分布状态、分解前沿推进速度等动态特性的研究。水合物生成与分解实验表明,温度是影响水合物大量生成的主要因素;重复实验会加长生成时间,往往首次实验所耗总时间最短,说明水的记忆效应并不是对于所有实验系统存在的普遍现象;实验表现出来的特殊的压力变化曲线和规律还表明晶核形成对水合物晶体的生成并非绝对重要。理论分析和实验表明,电容法在测试单相水体相变过程中是有效的,水量是影响电容量变化的关键。在水合物生成过程中,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。电容测试方法在水合物实验方面有一定的可行性,尤其对于研究多孔介质中水合物生成分解过程中各相的流动特性极有意义,但是要实现在水合物研究方面的有效利用还需要大量的切实的实验验证。     

海洋天然气水合物储层拉削开采新方法及可行性分析

针对深水浅层非成岩天然气水合物借鉴刨煤机刨削采煤过程提出一种新的拉削开采方法,参照拉刀结构特点设计了一种集开采、收集和输送为一体的拉削管。建立了拉削开采三维模型,对其工作原理和工作步骤进行了说明。用有限元仿真对采空区和拉削管受力进行了分析。结果表明,岩土力学仿真下采空区开采半径和开采角度的增大都会引起剪切应力的增加,最大剪切应力发生在采空区上部的起始位置和终止位置;在不发生剪切破坏的采空区中选择体积较大者作为理想采空区,估算出拉削开采方法的日产气量为142000 m3,具有应用潜力;开采工况下,拉削管的最大等效应力小于管材的屈服极限,表明开采过程中拉削管处于弹性形变,满足方法需求。     

SDBS的表面张力对天然气水合物生成的影响

利用德国KRUSS公司生产的界面张力仪K11中的板法测定十二烷基苯磺酸钠在不同温度(5,10,20,30,35℃)和不同浓度下(100,400,800,1200,1600,2000 mg/L)的表面张力,确定有利于天然气水合物合成的最佳浓度为1 200 mg/L,这在工业应用中有着重要的参考价值,同时分析了表面活性剂加速天然气水合物生成的机理。     

Equilibrium conditions for the hydrogen sulfide hydrate formation in the presence of electrolytes and methanol

Natural gas industry encounters systems that consist of gases like CO₂ and H₂S, and aqueous solutions of methanol and mixed electrolytes. A knowledge of the phase behavior of such systems, including hydrate formation, is essential in gas production and the design of facilities for gas transportation and processing. Recently, Dholabhai et al. (1997, 1996) and Bishnoi and Dholabhai (1998) described equilibrium conditions for CO₂ and gas mixtures containing CO₂ in the presence of methanol, electrolytes and ethylene glycol. In the present work aqueous three phase (aqueous liquid solution, vapor and incipient hydrate) equilibrium conditions of H₂S hydrate formation in aqueous solutions of electrolytes and methanol are measured in the temperature range of 272 to 294 K and pressure range of 0.3 to 1.0 MPa. A ‘full view’ sapphire variable volume cell with a movable piston is used to obtain the experimental data.     

冰-气生成天然气水合物的动力学研究

对由冰生成天然气水合物过程中的过饱和度和过冷度的作用进行了实验研究。结果表明 ,较大的过饱和度和过冷度提高了生成水合物的含气率 ,同时反应还存在一个最佳反应时间。提出冰转化为水合物的过程是一个包括气体的外扩散、产物层内扩散以及界面反应的过程     

聚乙烯己内酰胺链端改性及其对甲烷水合物形成的抑制作用研究

注入动力学抑制剂是一种有效缓解天然气水合物管道堵塞的方法。本文以动力学抑制剂聚乙烯基己内酰胺(PVCap)结构为基础,将氧乙基和酯基引入PVCap的分子链端,合成了新抑制剂PVCap-XA1,在高压定容反应釜内评价了PVCap-XA1对甲烷水合物形成的抑制作用,并采用粉末X射线衍射、低温激光拉曼光谱和冷冻扫描电子显微镜研究了抑制剂对甲烷水合物结构和形态的影响。实验结果表明,相同实验条件下PVCap-XA1比PVCap具有更好的抑制作用;微观测试表明PVCap-XA1的加入没有改变甲烷水合物的晶体结构,但会使甲烷水合物晶面扭曲变形,可以降低水合物大小笼占有比(I_L/I_S),使得甲烷分子更难进入水合物大笼,同时PVCap-XA1的加入使甲烷水合物的微观形貌由多孔有序变得更致密而不利于气体通过。     

天然气水合物储运技术中水合物反应器的研究进展

可观的储气率与自保效应的存在使得天然气水合物能作为一种天然气储运的方式,并且在与其他如液化天然气、压缩天然气储运方式比较时有着自己独到的优势。但由于针对水合物储运的研究起步较晚,利用水合物储运天然气的技术尚未成熟。尤其是在水合物反应器的研究上,生成水合物的速率较低,无法达到工业生产所需要的水平。本文通过调研国内外文献与专利等资料,介绍了国内外天然气水合物储运技术发展状况,简述了水合物生成强化的物理化学手段与机械手段,详述了搅拌式等传统天然气水合物反应器与管式、超重力式等新型天然气水合物反应器的结构与工作原理。根据现有水合物反应器的特点与存在的问题,对水合物反应器的研究方向提出建议：未来应当加快对喷淋式、超重力式与流化床式反应器的放大研究,加快针对不同物理强化手段与机械强化手段的协同作用研究,建立起以天然气储运为目的的水合物反应器评价体系。     

操作工况对酸性天然气水合物生成动力学的影响分析

水合物的快速生成受诸多因素的影响,操作工况是其主要的影响因素之一。以67.7%CH4+32.3%CO2（摩尔分数）混合气为例模拟酸性天然气,采用自行设计的水合物动力学实验装置,分别对初始压力为3.0 MPa、3.5 MPa、4.2 MPa、5.0 MPa和实验温度分别为1.42 ℃、3.27 ℃、5.48 ℃、7.45 ℃时的水合物生成动力学进行实验研究。定义诱导期、平衡总耗时、生长速率为水合物动力学评价指标,指标通过分析水合物生成过程中的压力及气相组成变化得到,进而综合分析了操作工况对酸性天然气水合物生成动力学的影响。实验结果表明：初始压力越高,实验温度越低,水合物平衡时气相CO2的浓度越低,水合物的生成量和生长速率越大;此外,初始压力对体系诱导期影响不够显著,而操作温度的降低可以明显缩短体系诱导期。     

超声波与表面活性剂协同影响水合物诱导期

引言 天然气水合物较长的诱导期[1]是限制天然气水合物储运技术发展的主要原因之一.加入表面活性剂促进水合物生成是其中一种方法[2-4].Zhong等[2]研究十二烷基硫酸钠(SDS)对诱导期的影响发现,当SDS浓度等于或大于临界胶束浓度(critical micelle concentration)时,诱导期最短.指出在加入SDS的系统中超声波对水合物的成核结晶没有明显的影响,但没有给出具体实验、解释和数据.而在HCFC-141b制冷剂水合物体系中引入超声波后诱导期明显缩短[5,6].本文通过设计建立一套超声波作用下天然气水合物生成实验装置,研究了超声波与表面活性剂SDS协同作用对天然气水合物反应诱导期等参数的影响.     

热盐水开采天然气水合物的热力学评价

将多孔介质中天然气水合物在热力作用下的分解过程看作一个移动边界问题,在求解等温边界条件下水合物地层中分解区和未分解区（水合物区）温度场的基础上,推导出热力法开采水合物过程中开采热效率（用于水合物分解的热量与输入热量之比）和能量效率（开采所得甲烷气体的总热值与输入能量之比）的解析表达式.在相同水合物地层条件下,对比注入热盐水（采用NaCl溶液）和热水两种开采方法,得出热盐水中盐的浓度（简称盐度）对开采热效率等的影响.计算结果表明,采用热盐水开采热效率一般在40%～70%.在开采温度300～450 K、盐度0～15%的条件下,热力法开采水合物的能量效率在7.4%～11.3%之间.