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。     

海洋天然气水合物模拟设备的开发及应用

针对海底天然气水合物的实际生成条件,2001年南京工业大学化工设备设计研究所在国内首次设计和制造了具有自主知识产权的低温高压天然气水合物模拟合成与分解设备。该成套设备由高压可视化釜体、制冷及浴槽温控系统、磁力搅拌系统、参数控制台及计算机数据采集系统、模拟天然气配气系统、天然气高压增压系统共6个子系统组成。应用结果表明,该设备安全可靠,能成功地应用于天然气水合物模拟合成、分解和有关测试分析,其部分结构和功能有所创新,达到国外相关部分类似产品的水平。     

天然气水合物钻井液冷却系统设计研究

天然气水合物钻井液冷却系统是天然气水合物钻井的关键技术装备之一,鉴于此,对天然气水合物钻井中钻井液冷却及温控系统进行了设计研究。系统整体采用模块化设计、一体化橇装结构,并采用闭式循环强制传热技术,系统核心部件换热器设计为人字形板式换热器,温度自动控制模块基于单片机进行设计。同时基于平均温差法完成换热器的热负荷和换热面积的理论计算。试验中系统能够实现钻井液冷却并在-4~4℃的范围之内动态恒温控制,能防止钻井液过冷冻结而堵塞换热器。设计的天然气水合物钻井液冷却系统可有效解决天然气水合物钻井中由于钻井液温度升高导致的井壁坍塌和天然气水合物分解的技术难题。     

天然气水合物生成条件的计算

本文开发了一种预测天然气水合物生成的简单方法，此法无需使用三个热力学照态性质参数Δμｗ＾０、Δｈｗ＾０和ΔＶｗ。对于不同混合物及不同组成的天然气所得计算结果与实验值有很好的一致性。     

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。     

天然气水合物生成预测及防治技术

介绍了天然气水合物的结构和危害，总结了预测天然气水合物生成条件的主要方法，包括经验图解法、相平衡计算法、统计热力学计算法等，阐述了防止水合物形成和排除已生成水合物的常用技术，包括脱水、脱轻烃、降压、提高流动温度、加化学添加剂等。     

天然气水合物生成与分解实验检测技术进展

天然气水合物作为新能源已受到世界的关注，各个国家都在进行天然气水合物的模拟实验研究。着眼国内外部分水合物模拟实验系统，针对水合物生成、分解检测单元进行了研究，目的在于掌握各种检测技术的应用特点和优缺点，指导水合物实验系统的建造和完善。通过分析大量文献发现,传统水合物检测方法造价低，但精度也低；光学检测虽然造价较低、性能较好，但仅可对可视釜进行检测研究；声学与电学检测技术虽然具有很好的性价比，但不能够生成直观图像；CT技术和核磁共振成像技术（MRI）是首选的实验检测技术，它们可以完成高精度的实验研究，缺点是价格较高。研究结果在大连理工大学水合物实验室的筹划和建设过程中起到了积极的指导作用。     

天然气水合物分解区演化数值分析

为了分析水合物试开采效率与水合物分解区时空演化过程的内在联系,对水合物沉积物中水合物降压-加热分解区演化过程进行了数值分析,获得了水合物分解区的时空演化规律和控制参数,找到了水合物分解效率的制约因素,提出了水合物分解过程的解耦分析方法。研究结果表明：水合物降压分解相变阵面和加热分解相变阵面的传播距离均与时间平方根成正比;气体渗流和热传导两者特征时间的比值为水合物分解区演化过程的控制参数;水合物分解区分为降压分解区和加热分解区,降压分解区扩展速度快,最大厚度大于水合物分解区最大厚度的90%,加热分解区扩展速度慢,最大厚度小于水合物分解区最大厚度的3%;水合物分解效率由热传导效应控制,由开采方式决定的传热效率低下是提高水合物分解效率的制约因素;砂土类等渗透性良好的沉积物中,水合物分解过程解耦分析可简化求解流程,提高计算精度。     

天然气水合物生成条件预测模型及适用性评价

水合物的生成给天然气的开采和集输等过程带来诸多困难。为了准确预测天然气水合物生成条件,选取Parrish-Prausnitz、Du-Guo和Chen-Guo种模型,采用C＋＋语言编制程序对不含抑制剂时天然气水合物的生成条件进行求解,通过模型预测值与实验值比较,评价各模型预测精度,确定各模型的适用范围。当天然气中不含Cj重烃组分及酸气时,推荐采用Du-Guo模型预测;当天然气有重烃组分,但酸性气体总体积含量低于1％时,推荐采用Parrish-Prausnitz模型预测;当天然气酸性气体总体积含量高于1％时,推荐采用Chen-Guo模型预测。     

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。     

凝析天然气水合物的生成条件及预防措施

1.凝析气藏的特点 天然气气藏按组分特点可划分为纯气藏、湿气藏和凝析气藏三大类。通常,天然气中凝析气凝析油含量在50g/m3以上者属凝析气藏。凝析气藏的特点是C5以上重烃含量高,地层压力较高,高于凝析气临界凝析压力,流体以     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力、温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用.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,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成.文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线.     

防止天然气水合物的生成

在天然气田的所有设备系统中,在长输管线系统中以及在气体处理和加工的一系列工艺过程中都存在着水合物生成的问题.水合物的生成会引起管线和设备的堵塞,从而增加输气的压力降,从国内外开采天然气田的经验来看,几乎所有气田都程度不同地存在着防止水合物生成的问题.因此,了解水合物的性质和生成条件,并采取适当的措施防     

天然气水合物和天然气脱水新工艺探讨

探讨了天然气水合物的发展过程、形成条件以及对天然气输送管道的腐蚀堵塞作用,对我国天然气脱水创新技术———膜法脱水、汽提脱水的原理与工艺过程进行了全面论述。考察了气体处理量及操作压力等对我国1.2×105m3/d天然气膜法脱水的工业试验装置的脱水过程的影响。     

天然气水合物储运天然气技术

随着世界能源需求的不断增长以及天然气资源的大力开发和利用,必然要求不断完善天然气储运技术。天然气水合物储运天然气技术具有安全可靠、成本低等优势,备受瞩目。概括了目前天然气主要的储运方式,简单介绍了天然气水合物的特性,从天然气水合物的制备、储存、运输、分解等几个方面分析了天然气水合物储运技术,比较分析了天然气水合物技术与其他天然气非管输技术的经济性。     

天然气水合物生成条件的预测

天然气混合物中小的气体分子在一定温度、压力下与其所含的水生成一种类似于雪状的晶体,该晶体具有严格固定的容积和结构,其通式为Ｍ·ｎＨ２Ｏ,其中水分子借助于氢键形成具有一定体积参数的多面体,气体分子借助于范德华为填充于孔穴的内部,形成稳定的晶体结构。石油及天然气工业生产的天然气混合物中,经常会有气体水合物生成,导致管线和设备的堵塞,使原油及天然气的产量下降,给气体运输及加工造成困难。国外许多学者已致力于该项课题的研究,确定了晶体的结构组成和参数。ＶａｎｄｅｒＷａａｌｓ和Ｐｌａｔｔｅｕｗ根据Ｌａｎｇｎ…     

天然气水合物生成的影响因素及敏感性分析

天然气水合物是由某些气体或它们的混合物与水在一定温度、压力条件下生成的一种冰状笼型化合物。进行水合物生成条件的敏感性研究对预防天然气水合物的生成有着重要意义。分析了温度、压力两个主导因素的影响,提出了临界温度的概念;验证了盐类对水合物生成的抑制作用;剖析了天然气各组分对水合物生成的敏感程度。得出:水合物生成温度随着压力的增加而升高,但是存在一个临界温度,当环境温度达到该值时,压力对水合物生成的影响很小;甲烷虽然是生成水合物的主要组分,但当其含量趋近100%时,却不易形成水合物;乙烷不是敏感组分;丙烷对水合物生成的影响较乙烷大;异丁烷这类重烃组分,由于其分子大小和Ⅱ型结构中的大洞穴尺寸相匹配,所以对Ⅱ型结构的稳定能力远大于其它分子,当其含量较小时,就易生成Ⅱ型结构水合物;CO2和HS这类酸性气体,易溶水从而能促进水合物的生成。     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力、温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用。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,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成。文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线。     

天然气水合物藏物性参数综合动态模型的建立及应用

基于应力敏感性实验得到了储层渗透率、孔隙度和弹性模量等物性参数随有效应力的变化规律,结合现有水合物藏物性参数与水合物饱和度的关系模型,建立了水合物藏物性参数的综合动态模型。该模型全面考虑了水合物分解效应以及储层应力状态变化对物性参数的影响。水合物藏降压开采实例研究表明,水合物分解效应和储层应力敏感性是影响储层物性参数的两个重要因素。其中水合物分解效应起主要控制作用,造成水合物分解区储层渗透率和有效孔隙度明显增加,而弹性模量则明显降低;储层应力敏感性的影响覆盖整个压力波及区,其对物性参数的影响趋势与分解效应相反,因此对分解效应的影响具有一定抑制作用。     

天然气水合物储气量及分解安全性研究

利用可视化实验设备，研究了表面活性剂T40、T80及其复配溶液构成的5组反应体系中Ⅱ型气体水合物的储气及其分解情况，利用定温压力搜索法测定了水合物分解热平衡条件，并运用含气率、分解速度及分解热理论对实验数据进行了计算。结果表明，合成的天然气水合物样品含气率高、分解速度小。从传质和传热两方面分别分析了表面活性剂和水合物分解热对实验体系中气体-溶液-天然气水合物三者界面之间物质和热量传递过程的影响；分析结果表明：适当表面活性剂的加入有利于提高天然气水合物的储气量，水合物的高分解热是其分解速度低的主要原因。水合物的高储气性和分解安全性为天然气水合物储运技术的实践奠定了基础。