多孔介质中冰成天然气水合物形成实验研究

为了探讨多孔介质中天然气水合物原位形成规律性,进行了将冰粉和石英砂混合并形成天然气水合物的实验研究。实验结果表明,在这种情况下能形成稳定均匀的水合物;冰成天然气水合物的过程是气固反应过程,过程包括吸附、催化、络合、结晶过程。     

多孔介质中天然气水合物分解热力学模型研究

天然气水合物具有能量密度高、分布广、规模大、埋藏浅、成藏物化条件优越等特点,是21世纪继常规石油和天然气能源之后最具开发潜力的替代能源.多孔介质中天然气水合物的分解热力学是目前研究的热点和难点问题.本文采用VPT状态方程计算流动相的逸度,采用改进Vander Waalsand Platteeuw模型计算水合物相态.同时,考虑毛细管力对相态逸度的影响,引入修正项改进了模型,并运用改进模型对CH4和CO2水合物相平衡分解条件进行预测,其预测结果和实验结果比较符合.     

多孔介质中天然气水合物形成实验研究

通过实验认识到多孔介质中天然气水合物形成极不均匀、明显的分层这一特征，研究了多孔介质对水合物形成相平衡的影响，揭示了多孔介质缩短水合物形成过程的本质：①多孔介质界面现象突出，不可能形成均匀稳定的天然气水合物；②多孔介质对天然气水合物的形成相平衡条件影响是粒径越小，影响越大，并可能出现严重的偏离现象；③缩短了天然气水合物形成的诱导时间和成长时间，即孔隙粒径越小，缩短的时间越多。     

多孔介质对天然气水合物形成的影响

天然气水合物大量存在于海洋底部的淤泥多孔介质中，但多孔介质对天然气水合物形成过程的影响规律究竟如何，从理论和实验上进行了探讨。相平衡模型表明，多孔介质的表面张力作用使多孔介质毛细管中的气体-水合物-水达到三相平衡；对多孔介质和自由液面的相平衡影响因素分析表明，在相同浓度条件下，多孔介质中天然气水合物形成相平衡的温度更低，压力更高；对多孔介质和自由液面天然气水合物的实验分析表明，多孔介质对水合物的形成过程（天然气溶解阶段，水合物诱导阶段，水合物成长阶段）的影响程度不同，多孔介质缩短了水合物形成的诱导时间，在成长阶段较之自由液面生长的速率要快。     

天然气水合物分解引起多孔介质变形流固耦合研究

水合物地层变形是天然气水合物开采安全性评价的关键参数。提出了考虑传热、水合物分解相变、多相渗流和地层变形4个物理效应的一维多孔介质中水合物降压分解数学模型,在验证该模型适用性之后进行了粉细砂多孔介质变形敏感性分析。基于基本假设可以得到以下结论：出口压强是影响多孔介质变形的主要因素,出口压强越小,多孔介质最终变形越大,且完成变形所需时间越长。环境温度和多孔介质绝对渗透率对多孔介质最终变形没有影响,但会改变多孔介质完成变形所需时间的长度。     

鼠李糖脂与多孔介质对天然气水合物生成影响

天然气水合物在甲烷储运方面具有巨大的发展潜力。研究了生物型表面活性剂鼠李糖脂与多孔的铜和二氧化硅粒子介质在275.15 K和6 MPa的条件下对水合物生成的影响。结果表明,随着鼠李糖脂溶液浓度的增大,储气密度呈现逐渐下降的趋势,100 mg/L的鼠李糖脂溶液效果最佳,储气密度可达104.3 V_g/V_w,但具有较长的诱导时间,多孔介质的加入显著降低了水合物生成过程的诱导时间,二氧化硅颗粒中观察不到诱导期的存在,储气密度增加至106.2 V_g/V_w,而铜颗粒却降低了水合物的储气密度。因此,合理选择鼠李糖脂溶液的浓度和多孔介质的种类可提高水合物的生成速率和储气密度。     

随机介质理论模拟天然气水合物羽状流

天然气水合物是一种具有良好勘探前景的资源,羽状流发育地区通常会发现富含天然气水合物的储层。但其非均质性较强,刻画难度较大,而常规数值模拟方法是以均匀介质或层状介质理论为基础,因此很难对天然气水合物羽状流进行完整的描述。介绍了随机介质建模的基本理论,在建立天然气水合物羽状流模型时,引入了随机介质建模理论。从模拟的结果可以看出,该方法可以灵活、准确地描述天然气水合物羽状流的特征。     

多孔介质中气体水合物相平衡研究进展

自然条件下天然气气体水合物的平衡条件对估算气体水合物储量,确定海底天然气水合物的稳定区域,得到气体水合物生成、分解速率非常重要。针对整块气体水合物相平衡条件的实验测定和预测模型无法准确确定自然条件下气体水合物的平衡条件,目前一些学者对多孔介质中气体水合物的平衡条件进行了实验测定工作,并先后建立了多个理论预测模型。文中详述了多孔介质中气体水合物相平衡条件的实验测定和理论预测模型,讨论了实验测定和理论预测模型尚待完善和改进的地方,提出了未来多孔介质中气体水合物相平衡条件研究的主要方向。     

天然气水合物开采研究获进展

在研制天然气水合物一维开采实验模拟系统的基础上，中国科学院广州能源研究所天然气水合物开采技术团队成功研制出国内第一套天然气水合物二维开采实验模拟系统。初步测试结果表明，该系统能有效模拟海底天然气水合物的生成及分解过程，可以对现有的开采技术进行系统的模拟评价。较之一维开采模拟系统，该系统采用更加先进的手段测量多孔介质中气、液、固（水合物）的含量及分布，并能够更加真实的模拟实际水合物地层特征。     

多孔介质中气体水合物的成核研究

 研究气体水合物成核过程是水合物动力学研究的重要内容之一,有助于人们更好地认识气体水合物生成过程,掌握其动力学规律,进而有效的对水合物进行开发利用。本研究通过在实验室内模拟实验合成CO₂水合物,利用电学探测技术研究其成核过程,建立了水合物成核速率与阻抗关系的模型,并结合具体实验条件对模型进行拟合求解, 得到水合物成核速率变化趋势。同时发现水合物生成诱导时间受水分子记忆效应的影响。     

热力法开采天然气水合物的数学模拟

将天然气水合物在热力作用下的分解过程看作一个移动界面问题，即热力开采过程中整个水合物藏可分为分解区和水合物区。通过适当简化，建立了分解区和水合物区的传热模型，并严格推导了模型的解析解。使用模型分别模拟注入蒸气和热水条件下开采天然气水合物的两个实例，得到分解区和水合物区温度场随时间变化的规律。在此基础上，分析了水合物热力开采过程中热量的有效利用率，即用于水合物分解的热量与输入的总热量的比值。模型计算结果表明，在相同条件下，注入热水比注入蒸气将能获得更高的热量有效利用率。在给定的条件下，注入蒸气和热水开采过程的热量的有效利用率分别为0.349和0.465。另一个方面，该比值与水合物地层的物性参数（如水合物的饱和度、分解区域的热传导系数等）有很大的关系，地层水合物饱和度越高，分解区的热传导系数越小，则热量的有效利用率越高。     

开采天然气水合物的油藏模拟

分析模型不足以模拟天然气水合物储藏的开发。模型选用常规三维热油藏模拟软件模拟水合物顶气藏和天然气水合物的开发。该模型包括水合物相特性、热流和储层压实。应用油藏模拟软件可以进行实验数据的拟合、计算井的产能及评价开发方案。此外还可检验固态水合物层的开发方案     

天然气水合物注热开采数学模型

根据热力学第一定律及天然气水合物分解机理，在合理假设基础上，建立了包括物质守恒方程、能量守恒方程、分解动力学方程及辅助方程的天然气水合物注热开采数学模型。对数学模型进行差分处理得到差分方程组，采用隐式求解压力、显式求解饱和度（IMPES）的方法，考虑天然气水合物分解的压力、温度平衡条件，对模型进行求解，据此编制了数值模拟器。数值模拟器很好地拟合了注热开采实验的产气速率和温度分布，验证了数学模型的有效性。数值模拟及注热开采实验分析表明，天然气水合物注热开采可分为自由气释放、水合物分解及边界效应3个阶段，水合物分解存在分解前缘，注入端一侧水合物大部分已经分解，出口端一侧水合物分解较少，饱和度较高。图5表1参11     

天然气水合物物性分析测试技术

深入研究了天然气水合物物性分析测试技术,认为沉积物中天然气水合物物性测试没有超出石油天然气储层岩石物性分析的范畴,其测试技术主要是借用和改造在其它领域成熟应用的先进测试技术.因天然气水合物的低温、高压赋存条件的特殊性,增加了模拟环境设备与测试的复杂性.天然气水合物物性测量装置以一维小实验模型为主,且向超低温、超高压方法发展,测试方法趋于多样化.研究指出,天然气水合物模拟实验装置系统结构与性能参数的设计应在满足实验需求的前提下,更多关注实验数据的准确性、实验设备的可靠性和实验操作的便利性.     

多孔介质和化学剂体系中甲烷水合物相平衡预测

 综合考虑不同种类的电解质、醇和多孔介质对甲烷水合物相平衡条件的影响,对实验室原有的纯水体系下甲烷水合物的相平衡计算模型进行了扩展,扩展后的模型可以计算电解质、醇和多孔介质或它们的混合体系下甲烷水合物的相平衡条件。单独或两种上述体系共存条件下,大量模型计算结果与文献实验值吻合较好,结合模型建立机理,推断扩展后的模型应该可以较好地预测电解质、醇和多孔介质3种复杂条件共存的情况下甲烷水合物的相平衡条件,为注剂法开采甲烷水合物藏的计算提供依据。     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

天然气水合物注热开采能量分析

天然气水合物储量巨大、清洁环保,作为一种潜在战略能源逐渐受到了重视。综述了天然气水合物开采方式并进行了分析,认为由于水合物以固体形式存在,原始状态下渗透率极低,压力传播范围十分有限,降压法开采面临一定的困难;考虑了加热法开采水合物过程中地层内的所有吸热因素,把水合物加热分解过程分为了三个阶段;计算了各部分吸收热量占注入热量的比例。结果表明：注热开采水合物的大部分能量被非水合物升温所消耗,因此提供足够的热源是水合物开发的关键。针对海底水合物开采所需要大量能量供给的状况提出了两种经济廉价的热源。     

储气罐中天然气水合物生成的温度特性研究

为了研究储气罐中天然气水合物生成的温度变化特征,利用自制的天然气水合物三维模拟装置从甲烷气体和水溶液中成功生成了甲烷水合物,通过温度-压力变化对甲烷水合物在多孔介质中的整个生成过程进行了研究。实验结果表明,注气从垂直中心井注入,导致中心区域温度升高,并向四周蔓延,水合物从中心井往外聚集。由于多孔介质的毛细管作用,甲烷水合物在多孔介质中产生爬壁效应,外侧水合物生成较多,在多孔介质中呈不均匀分布。     

海底天然气水合物开采对技术装备的特殊需求

这是一个很值得超前探讨的技术问题。为有效地保护冻土层的封闭性能，地下增热技术显然受到了限制；采取减压的技术，不可能一次性减压过大，于是井下分级减压技术便有可能被提出来，气、水分离技术也将被提出来，井筒内和井口部位防止新生水合物堵塞技术也将被提出来。这就意味着海底天然气水合物的开采，很大程度要依据技术装备的创新。我国的天然气水合物开采技术基础薄，     

多孔介质中气体水合物分解方法及模型研究进展

为了开发利用天然气水合物资源,需要深入了解多孔介质中天然气水合物的分解规律。对国内外近几年有关多孔介质中气体水合物的分解方法如热激法、降压法、注化学剂法、二氧化碳置换法等进行了综述,指出了各种方法的优缺点,并总结了水合物分解模型的研究进展,同时提出了关于多孔介质中水合物分解研究方向的建议。 