水合物生成特性分子动力学模拟研究进展

水合物作为节能环保的蓄能介质越来越得到国内外研究者的青睐.通过新型的水合物分子动力学模拟方法,从微观角度对其机制进行分析研究,逐渐成为其发展主流.总结了近年来水合物分子动力学模拟生成特性研究,对水合物生成的基本模拟方法进行了分析,并从成核、生长两个重要角度探究了不同因素对水合物生成特性的影响.结果表明:不同热力学条件、...     

sH型CO_2水合物的稳定性分析

基于密度泛函理论并利用ADF/ME软件,在GGA-PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)/TZP基组下对sH型水合物进行了第一性原理计算。在等温等容(NVT)系综下,利用分子动力学(MD)模拟方法得到了sH型水合物的初始结构。基于量子化学原理,对sH型水合物的大笼、中笼、小笼进行了几何结构优化,根据计算得到的单点能量得到了笼子的总能量。对比计算了包含不同客体分子的笼子的稳定能和范德华相互作用能,计算结果表明:在sH型水合物中,CO_2既不能置换大笼中的环庚烷,也不能置换小笼、中笼中的甲烷。但是,每个大笼可以通过包含2个CO_2分子的形式形成sH型水合物。     

气体水合物分解热的研究进展

气体水合物作为新一代蓄冷介质,在空调蓄冷领域有良好的应用前景.其分解热是重要的热物性之一,对蓄冷系统的设计至关重要.介绍了国内外气体水合物分解热的研究进展,列出了气体水合物分解热的测量、计算方法以及影响气体水合物分解热的主要因素和影响机理,并指出气体摩尔分数和添加剂摩尔分数均会影响水合物的分解热,且气体分子直径是影响水合物分解热的主要因素.研究为水合物的开采利用、稳定性研究以及蓄冷系统的设计提供了理论基础.     

新能源气体水合物及其发展应用前景

随着能源紧缺问题的加剧,科学家们把更多的目光投向了新能源的开发和利用。20世纪中期,科学家发现了天然气体水合物这一新的替代能源,并不断地对此物质进行研究和探索,希望人类能尽早地真正生产和利用气体水合物,缓解人类社会能源短缺的问题。文章介绍了气体水合物的组成结构、形成和分解机理、天然水合物在地球上的蕴藏分布和开采情况及其在工业上的应用前景,并对气体水合物的研究方向提出了看法。     

季盐对气体水合物相平衡影响研究进展

季盐是一种高效的水合物生成添加剂,通常通过填充水合物笼达到改善水合物相平衡条件的效果。季盐对CH₄、CO₂等气体水合物相平衡条件的影响效果主要与季盐浓度有关。就甲烷水合物而言,同等相平衡压力条件下,TiPeAF和TiAAB对相平衡影响显著：添加了TiPeAF(0.315%)、TiAAB(0.438%)的体系,其相平衡温度分别比纯水体系高20 K和22 K;TBANO₃、TAAB、TAAC对相平衡影响甚微：其相平衡温度较添加TBAB、TBAC等季盐的体系低10 K。对于CO₂水合物,添加TiAAB的体系相平衡温度比纯水体系高29 K,添加TBAF体系的相平衡温度比纯水体系高26 K。此外,季盐与其他类型添加剂复配后对水合物的相平衡条件有更好的提升效果：相较于仅添加TBAB的体系,TBAB(0.05%)和NaCl(0.03%)的复配体系可以使水合物相平衡温度再升高10 K。     

四氟丙烯水合物稳定性的分子动力学研究

采用分子动力学法,运用Materials Explorer 5.0(ME),建立H型与II型制冷剂水合物晶胞模型,模拟了R1234yf(四氟丙烯)制冷剂添加与不添加气体辅助小分子(Xe、N2、Ar)合成水合物的分子动力学过程,得到晶体的最终构象、径向分布函数(RDF)与晶胞中分子运动轨迹等微观分子指标,同时也得到了系统压力等热力学参数,用于分析了晶穴占据对水合物晶体结构稳定性的影响。数据表明,HFO-1234yf合成H型水合物的系统压力明显低于合成II型水合物,且添加辅助气体小分子后分子运动轨迹规律,晶胞结构完整,径向分布函数(RDF)值略微升高,体统压力也稍有上升。模拟结果表明,HFO-1234yf更易合成H型水合物,辅助气体分子可作为制冷剂水合物合成过程的动力学促进剂,有助于提高制冷剂水合物晶体结构的稳定性,但水合物晶体的合成压力有所提高。     

天然气水合物降压开采储层稳定性模型分析

储层稳定性是天然气水合物开采所面临的关键问题。本文基于多孔介质流体动力学和弹性力学,建立了天然气水合物降压开采储层稳定性数学模型,包括储层沉降和井壁稳定性分析两个方面,并以墨西哥湾某处水合物藏的基本参数为例,进行了水合物降压开采储层稳定性的模拟计算。结果表明,在水合物降压开采的过程中,孔隙流体压力降低导致了储层的沉降,最大的沉降发生在井壁附近,水合物分解会加剧储层的沉降;降低井孔压力会造成井壁破坏的潜在危险,在井壁附近,周向和垂向应力达到最大处容易发生失稳破坏,地层的水平应力差会增加井壁的不稳定性。     

基于不同势函数的正构烷烃物理性质分子动力学模拟

采用分子动力学模拟详细比较了4种常用势函数对正构烷烃物理性质预测精度的影响,提出了一种新的修正力场并对其进行广泛的验证,验证主要包括饱和两相密度、饱和蒸气压和自扩散系数等热物理和输运性质．之后,将改进力场应用于二元组分燃料热物性研究中,探究了不同混合比例条件下通过每种组分加权平均的方法估算混合物饱和热物性的准确度．研究发现,改进力场对正庚烷和正十二烷物理性质的预测与实验值较为吻合;在温度较低、正庚烷摩尔分数较高或者温度较高、正庚烷摩尔分数较低的工况下,通过加权平均得到的饱和物性值较为准确．     

天然气水合物导热性能研究现状

天然气水合物导热系数的研究对于模拟自然界天然气水合物的成藏和天然气水合物勘探、开采具有重要意义。本文介绍了获取天然气水合物导热系数的实验测试和模拟计算方法,分析了气体水合物导热特性、导热机理以及水合物复合体系导热。总结了水合物导热规律,即外界温压条件和晶穴占有率对水合物的导热产生影响,且水合物的导热具有相似的温度压力依赖关系,并呈玻璃体的导热特性。水合物玻璃体导热特性由水合物笼型结构决定,而客体分子的存在强化了水合物导热的玻璃体属性。指出非稳态下天然气水合物导热性能变化研究对分析天然气水合物在常压下的稳定性、确定甲烷水合物等最佳储存温度、从导热角度探讨自保护效应机理等具有重要意义。     

水合物导热系数和热扩散率实验研究

基于Hot Disk热常数分析系统的单面测试功能,建立了一套新的天然气水合物热物性测试系统,并实验研究了I型水合物（甲烷）、H型水合物（甲烷和甲基环己烷）的导热系数和H型水合物的热扩散率。结果显示甲烷水合物样品导热系数随温度的变化非常小,平均导热系数约为0.53 W/(m•K)。结合文献报道和实验分析发现零孔隙率甲烷水合物的导热系数大约为0.7 W/(m•K),水合物样品在压缩过程中虽然减少了孔隙,但是却引起晶体破碎,导致导热系数与理想值差距较大。水合物的导热系数与水合物的类型及客体分子有关,大体顺序为I型 > II型 > H型 > 半笼型水合物。甲烷−甲基环己烷生成的H型水合物热扩散率为0.205 ~ 0.26 mm2/s,和其他类型的水合物相当;水合物的热扩散率大约为水的两倍,而导热系数和水相近。     

天然气水合物开采的关键地质参数敏感性研究

采用TOUGH+HYDRATE数值模拟工具,探讨降压开采方案下天然气水合物藏（无下伏游离气水层）开采的地质参数。以单次单因子敏感性分析方法为基础,在统一变化幅度范围内研究某一储层参数（温度、压力、孔隙度、渗透率、水合物饱和度、地层厚度）的变化在60天短期与5年长期开采中对水合物开采结果的定性影响关系,并以变量敏感度为依据,定量计算储层地质参数对水合物开采评价指标的敏感度值。结果发现,在整个开采周期内,储层温度与分解气体量及产气量之间有较强的相关性;当水合物储层压力增大时,水合物分解气体体积随之减小,而在60天开采中,储层压力增大使得产气量增大,在5年开采中,储层压力的变化对产气量基本无影响,另外,储层压力与产水量之间呈线性增加的关系;水合物总分解气体量、总产气量与孔隙度之间呈负相关关系,但对产气量的变化影响相对较小;渗透率对水合物开采有明显的影响;水合物前期分解气体体积与产水量随水合物饱和度的增大而减小;在60天开采中,水合物厚度越大反而不利于水合物分解,但5年开采中,地层厚度增大,水合物分解量增大。另外,通过对地质参数敏感度计算发现,无论是以哪一开采指标作为水合物开采潜力的评价标准,水合物地层温度、地层压力以及绝对渗透率是三个至关重要的地质参数。     

海洋天然气水合物开发产能及出砂研究

海洋天然气水合物多分布在深水非成岩储层,其开采过程中易出现泥砂运移（出砂）的情况且难以避免,然而出砂条件下的水合物产能估算偏差较大。本文通过室内海洋水合物降压开采出砂实验数据和海洋水合物试采公开资料,首次推导了出砂条件下现场尺度海洋水合物储层产能情况：在相当于1 200 m水深覆压、30.5 m厚的水合物细砂储层和7寸垂直井不防砂的情况下,得到最大产气速率4.63 ~ 14.1 m³/s,折合40.01×10⁴ ~ 121.84×10⁴ m³/d,综合出砂率0.16% ~ 10.74%;泥质储层在不防砂垂直井和水平井单个半径12 mm射孔下,其最大产气速率达到79.95×10⁴ m³/d和170 m³/d,但其综合出砂率是灾难性的。由于时空限制,产气速率、综合产能和出砂率还有很大提升空间,在平衡综合出砂率（控砂精度）和产气效率（产能）的情况下,有望达到产业化规模。本研究为合理估算出砂条件下的海洋天然气水合物产能提供支撑。     

Molecular Dynamics Study on Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes

The thermal conductivity of a (5, 5) carbon nanotube at room temperature is studied by non‐equilibrium molecular dynamics simulations. The thermal conductivity increases from 30 W/(m·K) to 1000 W/(m·K) as the tube length increases from 6 nm to 4 µm. It is proportional to the tube length when the tube length is less than 40 nm, which indicates that the heat conduction is in the ballistic transport regime. The thermal conductivity relates to the tube length by an exponential function as the tube length increases, and the length dependence exponent decreases and approaches zero, which indicates that the phonon transport changes from the ballistic regime to the diffusive regime. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; 39(7): 455–459, 2010; Published online in Wiley Online Library ( wileyOnlinelibrary.com ). DOI 10.1002/htj.20311     

天然气水合物储层渗透率研究进展

天然气水合物是清洁、高效、储量巨大的未来最具潜力资源之一,而储层的渗透率是影响水合物资源开采时产气效率的重要参数。目前,国内外对天然气水合物储层的渗透率进行了大量的研究并取得一定进展,本文从数值模拟、储层现场探井、实验研究等方面全面回溯,分析总结了孔隙度、饱和度、应力应变情况等对储层渗透率的影响,讨论目前储层渗透率研究存在人工合成水合物沉积物与自然储层存在差异,不同多孔介质形成的水合物沉积物应力敏感性不同,多相渗流研究不够充分,储层渗透率改造研究不足等问题,对未来的研究方向提出了展望。     

我国气体水合物研究进展

介绍了制冷剂气体水合物作为理想空调蓄冷介质的基础研究结果,并对天然气水合物的研究和前景做了一些阐述。     

天然气水合物的研究及利用

介绍了水合物的形成和抑制机理，以及多种预测水合物形成条件的模型；分析了用水合物储存和运输天然气面临的问题，各种水合物促进剂的作用机理以及对水合物生成速度、储气密度的影响；叙述了开采、利用天然气水合物资源的研究进展和一种将水合物转化成液体燃料的方法。     

某集气系统水合物预防工艺分析

在0℃以上,存在饱和水、适合压力和温度、流动状态突变的情况下天然气管道和设备内会形成水合物,对管道和设备造成严重危害.对于水合物的抑制一般采用加热或采用添加抑制剂的方法.工程所在地气温变化明显,日温差和年变化都比较大,最低环境温度-20℃.依托工程基本情况,采用计算方法分析水合物预防方法,得出如下结论:(1)不保温不注醇、保温不注醇均不能满足工程需要,而通过抑制剂花费过高.(2)加热不保温不注醇与加热保温不注醇均能满足工程需要,考虑在温度低于-20℃的时间可以通过保温层降低温度损失.推荐使用加热保温不注醇的方式防止水合物的形成.