流动体系水合物生成及其流动特性试验研究

依托管道式水合物综合试验平台,以水和CO2为试验介质在6.5~8.5℃的条件下试验研究了CO2水合物生成特性及水合物浆液流动规律。试验初始压力为4.5 MPa,含气体积分数为31.16%。同时,利用压降分析法探究了CO2水合物浆液的流动特性,并归纳了CO2水合物浆液管道压降关联式。研究结果表明,水合物首先在管道内壁处生成,然后逐渐向管道中心生长,最终造成管道的堵塞。此外,水合物浆液管道压力分布存在突然降低的情况,而管道末端压力反而升高,这是因为管道末端有部分水合物发生分解。研究结果可为水合物的防治工作提供理论支持与技术储备。     

CO_2水合物生成流动参数及形态变化的研究

在自行设计的高压水合物循环实验环路装置上进行了CO_2水合物生成实验,研究了CO_2水合物生成过程中流动参数的变化规律,并根据水合物的形态变化对其生成机理进行了分析。实验结果表明,实验过程中温度、压力在同一时刻突变,CO_2水合物在整个循环管路内几乎同时生成;循环回路中的压差随反应的进行先增大后减小;CO_2水合物生成诱导时间随体系压力的升高、流量的增加逐渐缩短,同时高压力、大流量也加快了诱导时间缩短的速率。实验结果对深水流动保障水合物控制技术与深水天然气水合物管道输送技术的研究具有意义。     

管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进展

管道流动体系下天然气水合物生成模型的建立对天然气水合物浆液的输送、管输天然气水合物防治以及天然气水合物技术的应用都具有重要意义。为此,查阅了大量的国内外相关文献并进行了总结与分析,认识到目前对该类模型的研究较少,现有的模型也是在静态釜式反应器天然气水合物生成理论基础上拓展而来的,主要包括驱动力、成核速率、诱导时间、水合物生长等方面的模型,上述模型被广大研究者用于计算管道单个截面处天然气水合物的生成速率预测,具有较好的计算精度。但现有模型用于管道流动体系下天然气水合物生成特性的预测还不成熟,需要进一步开展管道流动体系下天然气水合物的生成机理、管道沿线温度变化、添加剂及其流动界面对气液传质的影响等研究,建立动力学、传热、传质三者相结合的管道流动体系下天然气水合物生成模型,以此来解决管道流动体系下天然气水合物生成预测的技术难题。     

冰点以下多孔介质中CO2水合物生成特性的实验研究

多孔介质对CO2水合物的生成过程具有明显的影响。为了研究冰点以下多孔介质中CO2水合物的生成特性,利用1.8L的高压水合反应釜研究了粒径分别为380 μm、500 μm和700 μm的多孔介质中CO2水合物的生成过程。结果表明：多孔介质对冰点以下CO2水合物的生成过程产生重要的影响。与粒径分别为500 μm和700 μm的多孔介质体系相比,粒径为380 μm的多孔介质中CO2水合物的平均生成速率和储气量分别达到了0.01614 mol/h和65.094 L/L。研究结果还表明,当多孔介质粒径在380 μm到700 μm之间时,多孔介质粒径越小,多孔介质中水合物生成过程的平均生成速率和储气量就越大。     

倾斜管中CO2水合物生成及堵管实验研究

研究倾斜管内气液两相流的堵管机理对于保证油气的安全输送起到至关重要的作用。因此,在高压可视水合物实验环路上开展了倾斜管中水+CO₂体系下的水合物堵管实验,探究了压力、流速等因素对CO₂水合物浆液流动和堵管时间的影响。实验结果表明,在流速分别为3 L/min或5 L/min或7 L/min的条件下,初始压力为2.7 MPa、3.0 MPa和3.3 MPa时,水合物浆液流动时间分别为451 s、336 s、303 s或632 s、510 s、391 s或740 s、657 s、512 s。由此可知,初始压力越大,水合物浆液的流动时间越小,管路越容易发生堵塞。在初始压力分别为2.7 MPa或3.0 MPa或3.3 MPa的条件下,流速为3 L/min、5 L/min和7 L/min时,水合物浆液流动时间分别为451 s、632 s、740 s或336 s、510 s、657 s或303 s、391 s、512 s。由此可知,初始流速越大,水合物浆液的流动时间越大,管路越不易发生堵塞。因此,可以通过减小初始压力和增大初始流速来有效减小管路堵管趋势。     

含杂质CO2体系相态特性及CO2低温液态储存蒸发特性实验研究

通过实验对含杂质CO2体系相态特性和CO2低温液态储存蒸发特性进行了研究.杂质含量越高,含杂质CO2体系的泡点压力和露点压力越高;杂质含量对泡点压力的影响程度较大,露点压力仅与杂质含量有关,而与杂质种类无关.初始充满率和环境温度对储罐内CO2压力和液相蒸发率都有显著影响;在初始充满率相同的情况下,外界环境温度越高,储罐内CO2压力和液相温度上升越快,储罐内CO2平均蒸发率越大;在外界环境温度相同的情况下,储罐内CO2初始充满率越高,其平均蒸发率越小.HYSYS软件模拟计算结果与实验结果的对比表明,可以利用HYSYS软件进行含杂质CO2体系相态特性及CO2低温液态储存蒸发特性的模拟分析.     

天然气水合物试采流动保障研究

天然气水合物在地球上储存丰富,是世界上重要的潜在能源,世界上多个国家已经进行过水合物试采试验。在水合物试采过程中,保障试采过程中的流动安全是确保试采工程的重要因素。根据水合物的特点,参考国内外已经完成的水合物试采项目总结,并分析了水合物试采中流动保障问题以及应对措施。在水合物试采中,流动保障需要解决的问题主要为水合物二次生成、砂沉积以及段塞流问题。基于研究,针对日本南海海槽2013—2017年的试采中所用的试采工艺、试采中存在的问题进行了分析。并提出未来总结了针对未来水合物试采的流动保障建议,可为中国未来水合物试采、开采试验区建设流动保障研究提供参考。     

管道流动体系下气体水合物生成促进技术研究进展

强化管道中水合物的生成对今后水合物技术的工业化应用具有重要的意义。综述了能够应用于促进管道流动体系中水合物生成的方法,包括机械物理强化、化学强化和外场强化。三种强化方法中,机械物理强化的应用有很大的局限性,化学强化和外场强化是今后管道中水合物生成强化方面重点研究的方向。     

CO2泡沫的稳态流动特性（一）

泡沫能够通过减小流度和储层非均质性的影响提高采收率。数值研究表明，孔隙介质中的泡沫流动是由两种流动状态组成的。在“高值流动状态”中，压力梯度几乎与气体表观速度无关。在“低值流动状态”中，压力梯度几乎与液体表观速度无关。以前发表的CO2泡沫研究的资料不是与高值流动状态有关就是与低值流动状态有关，但是没有在一项研究中包括了高值流动状态和低值流动状态的情况。在石油工业的应用中确定两种泡沫流动状态的界线对于模拟和预测CO2泡沫的特性是最重要的。     

就地生成CO2吞吐开采高凝油室内实验研究

以曹台潜山高凝油为实验介质,利用就地生成CO2技术,通过室内实验研究了CO2吞吐对于高凝油开采的有效程度.实验结果表明:CO2吞吐可以有效地提高高凝油的驱油效率.CO2溶解在高凝油中,可以降低高凝油的粘度、凝固点,改善高凝油的流动特性,在地层中形成溶解气驱,增加地层能量,同时可以降低注水压力,改善吸水剖面.就地生成CO2可以解决包括油气区天然CO2气源的短缺问题,大量CO2气体的运输、储存问题,大量注气带来的环境问题以及CO2注气利用率低和工艺成本费用高的问题等.该研究可以为高凝油藏提高采收率试验提供参考.     

影响二氧化碳水合物生成特性的实验研究

在小型水合物反应装置上研究了纯水、四丁基溴化铵(TBAB)、四氢呋喃(THF)三种不同水合体系对二氧化碳水合物生成过程的诱导时间、气体消耗速率及反应最终压力等特性的影响。结果表明,设定温度在0℃～3℃范围内时四丁基溴化铵体系中生成水合物的诱导时间最长,受温度影响最大,而水合反应气体消耗速率最大;四氢呋喃体系中生成水合物的诱导时间最短,受温度影响最小,而水合反应气体消耗速率最小;四丁基溴化铵、四氢呋喃体系反应最终压力略高于纯水体系。较高温度范围内THF体系对水合物生成特性的影响明显优于其他两种。     

Prediction of hydrate equilibrium conditions using k-nearest neighbor algorithm to CO2 capture

Gas or clathrate hydrates are an important issue when they form in the oil and gas pipelines. Since the determination of the hydrate formation temperature and pressure is very difficult experimentally for every gas system and it is impossible in terms of cost and time approximately, mathematical models can be useful tools to overcome these difficulties. In this study, k-nearest neighbor model was used to predict the equilibrium conditions of hydrate formation in absorption and separation of carbon dioxide from flue gas mixture, containing carbon dioxide and nitrogen. At the training phase, temperature and composition data of nitrogen and carbon dioxide in the flue gas mixture at equilibrium conditions and the equilibrium pressures of hydrate formation were used as input and output, respectively. The error percentage less than 0.38% indicates the high accuracy of the proposed model. In this study, 80%, 85%, and 90% of the training data are examined for three numbers of nearest. For three numbers of used nearest (k = 1, k = 2 and k = 3), the value of k = 1 leads to the lowest error; so, it is selected as the best nearest in the presented model.     

CO2 hydrate: Modeling of incipient stability conditions and dissociation enthalpy

In this study, CO₂ hydrate incipient stability zone in pure water is modelled employing an empirical tool, classification and regression tree, least squares support vector machine, and adaptive neuro-fuzzy inference system. Furthermore, a new semi-theoretical model is developed to estimate CO₂ hydrate dissociation enthalpy. Moreover, the quality of CO₂ hydrate's experimental data is assessed through a thermodynamic-based and Leverage approaches. Results revealed that: (1) the proposed models provide satisfactory predictions; (2) there are some doubtful data in the database; (3) outcomes of the developed semi-theoretical model for estimating the CO₂ hydrate dissociation enthalpy are in good agreement with previous works.     

复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及动力学模型建立

基于水合物法储存分离二氧化碳具有较广阔的应用前景,通过实验研究了复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件的影响,选用十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及两者的混合溶液作为实验用溶液,研究发现当采用浓度为265mg/L的SDS和SDBS质量比为1:1的复合添加剂溶液时,二氧化碳水合物的相平衡点最低,最易生成,此时的溶液体系能很好的促进水合物生成,而且比单一的SDS溶液或者SDBS溶液体系下水合物的生成条件都有所降低。建立了考虑复合添加剂促进作用的新型水合物生成动力学模型。     

静态超重力水合反应器中二氧化碳水合物生成过程热量分析

通过对二氧化碳水合物在静态超重力反应器中生成过程分析发现,其生成过程可以分为成核诱导生成和稳定快速生成两个阶段。第一个阶段内生成量很少,同时存在着气体积累过程。第二个阶段内水合物的生成与冰粒的融化和气体积累过程逐渐达到平衡,二氧化碳水合物的生成速率为249.8mol/h。同时对该生成过程的热量进行了分析,结果表明实验范围内水合反应器热量利用效率与超重力因子成线性增长关系,其最大值为87.39%。     

“自保护”态CO2水合物分解动力及影响因素

水合物"自保护"效应对利用水合物法进行天然气运输以及二氧化碳运输、封存具有重要应用价值,但目前此现象的成因尚未被彻底阐释。采用恒压、降温的方法在不同温度条件下于超纯水、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中形成不同含气量的CO2水合物并迅速冻结,使其进入"自保护"状态。随后通过均匀升温法分解不同条件下"自保护"态的水合物,并测量气体释放速率及起始分解温度。将气体释放速率对累积释放气体量一次求导,以表征分解过程中水合物释放气体能力。结果发现,阐释水合物"自保护"效应成因的"冰壳"理论不能完全解释实验结果,"自保护"效应更倾向于由"过冷水"理论主控。结合有关学者在水合物分解时溶液中形成的微型(微米、纳米级)气泡方面的研究结果,提出:CO2水合物"自保护"效应更倾向于由"自保护"状态下水合物周围存在的过冷液态水,以及水合物初步分解时液态水内溶解的微型(微米、纳米级)气泡控制。     

二氧化碳水合物生成驱动力的研究

选用摩尔吉布斯自由能的变化作为水合物生成的通用驱动力,推导CO2水合物的水合反应驱动力表达式。通过雾流强化水合反应系统装置,针对CO2水合物的生成驱动力进行实验研究,揭示CO2水合物生成过程动力学特性。结果表明,水合反应系统压力越高、温度越低,CO2水合物的生成驱动力数值的绝对值越大,越有利于CO2水合物的生成;在275.15K,随着压力的增加,驱动力增强,但不呈线性,而是从快到慢渐趋于平缓,驱动力数值的绝对值为0.1820kJ/mol~1.1903kJ/mol;CO2水合物的生成量随着实验条件生成驱动力的增加而增大。