TBAB水合物晶体生长过程的实验研究

通过对常压下9%(w) TBAB溶液降温生成水合物晶体的过程进行观察,以过冷度作为生长驱动力,研究了TBAB水合物晶体的生长特性. TBAB水合物刚形成时,晶体呈高透光度及规则柱体外形,随晶体继续生长逐渐变得不规则,透光度下降. 当恒温浴的过冷度分别为6.0, 8.1和9.6 K时,水合物晶体长度/宽度方向生长时间依次为183 min/140 min, 85 min/65 min, 70 min/37 min,同时反应前的等待时间即生成时间分别为83, 53和55 min. 生长时间和生成时间随过冷度增加逐渐降低,幅度逐渐减小,表明过冷度增加能有效减少水合反应时间,促进水合物的快速生成. 过冷度增加会增加TBAB水合物晶体成核数量,因此晶体与溶液的总体接触面积增加,有利于水合物的快速形成.     

泡状流中水合物生成预测模型及实验

针对可燃冰钻采井筒内易发生水合物生成和堵塞的工程问题,本文开展了泡状流条件下甲烷水合物生成实验,发现流速增加会提高水合物生成速率,黄原胶质量分数的增加会降低水合物生成速率。基于传质理论,构建了适用于可燃冰钻采井筒内泡状流条件下水合物生成预测模型,模型考虑了连续相流体流变性、气泡破裂、聚并和形变等因素对泡状流中气液界面分布和气液间传质规律的影响,并耦合实验数据,提出了气泡群间的综合传质系数经验公式,用于描述气泡间相互作用对气液间传质速率的影响。对比实验结果,所建立模型对水合物生成量和水合物生成速率的预测误差分别在±5%和±15%以内,满足工程计算需求。该模型的构建有助于精准预测油气和可燃冰钻采井筒内水合物风险,为建立经济、高效的井筒水合物防治方案奠定理论基础。     

添加水合物促进二氧化碳水合物生成的实验研究

水合物法分离、封存二氧化碳,是减少温室气体排放的有效方法之一。今在专门设计的水合物形成实验装置上,研究了二氧化碳水合物初始生成相平衡条件及其影响因素。分别在纯水中加入2.5%、6%和12.5%体积比的水合物晶块进行水合物的生成实验,发现当加入量为6%体积比以上时,不但可以缩短水合物初始形成时所需要的诱导时间,还可以大大降低过冷度,最低可使其在接近相平衡点的状态下生成水合物。而当加入量为2.5%体积比时,与未加入时相同,没有降低过冷度或缩短诱导时间的作用。本研究结果可用于缩短水合物生成时的诱导时间和降低装置的耐压极限,并提示为防止天然气管道中的水合物的重复堵塞问题,应尽可能彻底清除管道中的水合物残余物。     

超声波悬浮TBAB溶液液滴表面半笼型水合物生长过程研究

利用超声波悬浮技术将四丁基溴化铵(TBAB)溶液液滴悬浮,观测了不同TBAB质量分数(15%、20%、25%)时的水合物生长过程,并与悬挂液滴进行了对比。实验发现,超声波悬浮的液滴处于快速旋转状态,液滴呈扁球状,水合物生长速率较快,但当液滴中含有气泡时生成水合物的诱导时间延长。总结出超声波悬浮状态下TBAB水合物生长方式可以分为两大类：由内而外,由外而内。由外而内又可以分为单平顶式、双平顶式和包裹式。建立悬浮液滴和悬挂液滴的传热模型,通过对比发现,超声波可以加快悬浮液滴的传热效率,加速水合物的生成和生长。该实验为观测水合物生长提供了一种新的方法。     

微/小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究展望

概述了微/小尺度非牛顿流体多相流动与传热现象。在评述国内外已有文献的基础上,从实验研究与数值模拟二方面介绍了非牛顿流体管内多相流动与传热研究的现状、存在的问题。总结了微小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究领域中若干值得探索的研究切入点,提出了若干值得探索的研究内容。讨论了非圆截面微通道试验器件的设计与加工、流动可视化与流型采集、流动参数测量、数值模拟等关键技术解决思路,给出了微/小通道内非牛顿流体的绝热气液二相流动可视化实验、流动沸腾传热及可视化实验设计方案,可为深入探索微/小尺度非牛顿流体管内多相流动与传热特性提供参考和借鉴。     

甲烷水合物生成和分解的实验研究

利用水合物法实现对天然气的工业储运,需要提高水合物的储气量并解决水合物的分解速度问题。为此,文章研究了在十二烷基硫酸钠(SDS)体系中,甲烷水合物的储气量和在冰点以下的常压分解规律。研究发现,SDS浓度为650 mg/L时甲烷水合物储气量达到最高值,约为170 V/V。分解温度为268.2~272.2 K区域内,甲烷水合物的分解速率随温度的降低而降低;在268.2 K时,甲烷水合物分解速率最低。     

注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究

在甲烷水合物一维分解模拟系统上,进行了模拟注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究。使用甲烷气体与纯水在一定温度、压力条件下,在沉积物中合成水合物。通过以不同速率注入不同浓度的乙二醇溶液,研究了化学法分解水合物过程中甲烷气体和水生产规律。实验结果表明,水合物分解产出甲烷气体的过程主要分为4个阶段：初始注入段、化学剂稀释段、水合物分解段和残余气体产出段。整个分解过程中,水的生产速率几乎保持恒定。通过对实验结果的能量分析表明,本实验条件下分解综合效率在0.20～0.88之间,并且受注入速率和化学剂浓度影响。在恒定注入速率条件下,分解效率在化学剂质量分数为60%时达到最大值。     

天然气水合物生成焓的实验研究

This paper reports the measurements of enthalpies of natural gas hydrates in typical natural gas mixture containing methane, ethane, propane and iso-butane at pressure in the vicinity of 2000 kPa (300 psi) and 6900 kPa(1000psi). The measurements were made in a multi-cell differential scanning calorimeter using modified high pressure cells. The enthalpy of water and the enthalpy of dissociation of the gas hydrate were determined from the calorimeter response during slow temperature scanning at constant pressure. The amount of gas released from the dissociation of hydrate was determined from the pumped volume of the high pressure pump. The occupation ratio (mole ratio) of the water to gas and the enthalpy of hydrate formation are subject to uncertainty of 1.5%.The results show that the enthalpy of hydrate formation and the occupation ratio are essentially independent of pressure.     

小通道内两相流摩擦压降的实验研究

以氮气作为气相流体,分别采用纯水和乙醇为液相流体,对水平矩形小通道(dh=1.2 mm)内的两相流压力降开展实验研究,同时采集了两相流压降数据,采用高速摄影仪对两相流流型进行了拍摄.根据流型解释了表面张力对摩擦压降的影响,并将均相流模型和分相流模型的预测结果与实验值进行了对比.得出如下结论:在较低折算流速下,均相流模型...     

甲烷水合物生成分解的实验研究

海底存在着大量可燃冰,1 m3可燃冰能够储存160 m3的天然气。因此,可燃冰的开采与利用可燃冰储存与运输天然气具有重要意义。在改变搅拌、过冷度及低浓度动力学抑制剂的条件下,对甲烷水合物生成量与生成速率进行了实验研究。将甲烷水合物进行升温分解,分析水合物分解时的压力变化情况。结果表明:搅拌对甲烷水合物生成的促进效果最好,其次是过冷度,最后是超低浓度动力学抑制剂;水合物生成的传质过程最终被阻碍,采取将水与天然气的上下位置交换的方法,可以生成更多水合物。水合物升温可以得到相平衡曲线;改变初始时刻压力,可以得到不同温度区间的相平衡曲线;降低水合物分解时的升温速度,可以得到更长温度区间的相平衡曲线。     

环形小通道内水单相换热特性的实验研究

采用自行设计的环形小通道换热装置,对双面加热环形小通道内单相水处于流动充分发展下的对流换热特性进行了实验研究,通过热电偶、流量计测量内外壁面温度、水温和水流量,分析单相水处于不同热流密度下内外壁面热流密度、流量与对流传热系数之间的关系特性,结果表明:通道内外壁单独加热时的壁面对流传热系数均随加热热流密度的增大而增大,当加热热流密度一定时,内壁面对流传热系数随流量的增大而增大,外壁面对流传热系数随流量的增大变化不明显;内外壁同时加热时,随着内、外壁加热热流密度比的增大,内壁面的对流传热系数先减小后增大,而外壁面的对流传热系数一直增大。     

乙烯水合物在正丙醇溶液中的生成行为研究

研究了在正丙醇溶液中,压力和温度因素对乙烯水合物生成的影响。实验结果表明：压力的升高促进了水合物的生长,水合物生成速率随压力升高而加大;温度的降低促进了水合物的生长,水合物终止生成所需的时间减少,终止生成对应的压力降低。     

天然气水合物的生成对浆液流动稳定性影响综述

目前在海底混输管道的水合物风险控制策略中,允许水合物在管道内的生成,以液固浆液流动的形式对海底油气产物进行输送。其中主要通过控制浆液中水合物的生成量和聚集程度,来实现对海底集输管线的流动安全保障。液固浆液流动具有相当复杂的流动特性,固相颗粒的引入对于流体的流动特性影响很大。本文分别综述了拟单相流动体系和气液多相流动体系中水合物颗粒对于管输体系流动稳定性的影响以及水合物对混输管道堵管特性的影响。着重讨论了水合物在管道壁面的生长和沉积特性、水合物与气液流型的耦合关系以及不同体系中水合物的堵管机理。此外,对软件模拟在水合物生成及浆液流动特性研究中的应用做了简单介绍。最后,根据对相关研究结果的总结,指出水合物在壁面生长沉积的微观特性和定量表述、颗粒不同分散形式的临界流速、不同气液流型条件下的水合物生成特性和颗粒行为等是今后水合物相关研究中需要进一步深入探究和明确的问题。     

气水体系甲烷水合物生成和分解动力学

为进一步探明搅拌对甲烷水合物生成和分解动力学特性的影响,借助容积约为522mL,最高操作压力21MPa的高压全透明反应釜装置,开展了不同搅拌条件下甲烷水合物的生成、分解和浆液流动实验,得到了搅拌对水合物生成量、生长速率和分解速率的影响规律,基于搅拌电机扭矩值分析了不同搅拌速率下水合物浆液的流动特性。搅拌电机型号ViscoPakt Rheo-57,带有扭矩测量功能,测量最大范围57N·cm,精度±0.04N·cm。结果表明：在水合物开始快速生成的前期,水合物的最大生成量、最大生长速率及平稳生长速率都随搅拌速率的增大而增大,进一步验证了传质是控制水合物生成过程的首要因素;在水合物分解阶段,搅拌能提高水合物颗粒的分散性,促进分解气的运移产出;此外,不同搅拌速率下,水合物浆液的电机扭矩随着水合物体积分数的增大都呈现先保持平稳再逐渐增大最后剧烈波动的规律,由此得到了水合物浆液携带固相颗粒的临界体积分数。研究结论在一定程度上揭示了水合物的生长和分解机理,为动力学预测模型研究提供了参考。     

泡沫铜强化甲烷水合物生成动力学实验研究

提高水合物生成速率和储气密度对天然气水合物技术应用非常重要。将三种孔密度的泡沫铜（CF）分别浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中构建水合储气强化体系,在高压静态反应釜中研究泡沫金属对甲烷水合物生成动力学特性。实验结果表明,泡沫铜骨架能为水合物生成提供充足的结晶点,同时可作为水合物生长过程水合热迁移的“高速公路”。甲烷水合物在SDS/CF体系中可快速生成,最大水合储气速率分布在19.24~21.04 mmol·mol^-1·min^-1之间,其中添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量最高（139 mmol·mol^-1）,且达到最大储气量90%所用时间最短（10.1 min）。在6.0~8.0 MPa压力下,相比SDS溶液,添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量提高了8.8%~35.6%,储气速率提高了4.7%~40.4%;特别在压力为5.0 MPa时,该孔密度SDS/CF体系储气量甚至比SDS溶液增加13倍,储气速率增加16倍。     

水合物流动环路实验研究进展

作为水合物研究的重要手段之一,水合物环路实验研究因其能够模拟管输体系中的水合物生成、流动及堵塞规律,得到国内外众多研究者的青睐。本文介绍了法国Archimede环路、法国IFP-Lyre环路、美国ExxonMobil环路、美国塔尔萨大学FAL环路、澳大利亚Hytra环路、挪威NTNU环路、挪威SINTEF环路、挪威Petreco A/S高压轮形环路、中国科学院GIEC水合物实验环路、中国CUPB化工实验环路和中国CUPB储运实验环路11条国内外水合物实验环路的主要设计参数和实验工艺流程等基本概况。从流动体系水合物生成研究、水合物浆液流动特性研究、水合物堵管机理及风险控制研究、水合物颗粒聚并及粒径分布研究等4个方面,总结了基于水合物环路实验所获得的研究进展及主要成果。为未来更具功能特色的水合物实验环路的搭建提供了设计思路和参考意见。并指出后续深入开展水合物环路实验研究,应将宏观实验数据分析与微观测试手段相结合,优化实验方案,明确实验目标,以揭示水合物相关基础研究的本征机理。     

天然气水合物的生成机理与防治研究

概述了天然气水合物的分子结构,分析了天然气水合物的生成条件,总结了天然气水合物生成的概念模型,研究了天然气水合物的防治方法:物理方法和化学方法。其中物理方法包括:加热法,脱水法,降压法,清管法;化学方法包括:添加热力学抑制,动力学抑制剂以及水合物浆输送技术。提出了今后的研究重点和方向。     

抑制天然气水合物生成方法——即马北8井抑制天然气水合物生成实验方法

在天然气勘探、开采、集输过程中,由于天然气水合物的生成,易造成井筒、求产、输气管线的堵塞,而通常解堵都比较困难,而且影响正常运行,有时还会引起事故。影响了勘探、开发的正常进行。针对这一问题,我们在总结前人经验的基础上,对试气过程中天然气水合物生成的抑制、堵塞求产管线的预防措施进行探讨,以供参考。     

离子液体协同PVCap抑制天然气水合物生成实验研究

利用自制的高压反应釜实验研究了离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([BMP][BF₄])、动力学抑制剂聚乙烯己内酰胺(PVCap)及其二元复合物对CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气体水合物生成动力学的影响,发现在任何浓度下(0.25%～2.0%,质量分数),[BMP][BF₄]对混合气体水合物抑制能力远弱于PVCap,但对PVCap具有显著协同效应,且随着PVCap占比增大而增强。粉末X射线衍射(PXRD)和低温激光拉曼光谱测试结果证实,所有体系中形成的样品中均含sⅡ型和sⅠ型两种结构水合物,含PVCap体系中sⅡ/sⅠ水合物相对含量降低。低温冷冻电镜(Cryo-SEM)观测结果显示,添加单一PVCap及其与[BMP][BF₄]的混合物会使水合物晶体的微观形貌更粗糙且多孔。     

十六烷基三甲基溴化铵促进CO2水合物生成的实验研究

针对CO2水合物自然生成速度慢这一技术难题,利用实验室自制的水合物实验系统,开展了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)体系下CO2水合物生成促进实验研究。考察了CTAB质量分数为200、300、500、700、900 mg/kg下对水合反应体系表面张力及CO2水合物生成特性影响规律,分析了CTAB对CO2水合物生成促进作用机理。实验结果表明,5种浓度下CTAB添加剂均能够有效降低CO2水合物相平衡点,温度越高,生成压力降低幅度越大,在最优用量为300 mg/kg下降幅可达27.7%。水合反应体系的压力越低,CTAB促进CO2水合物生成的诱导时间降低越大,促进效果越明显。该研究对于提高水合物生成速率具有一定的意义。