生物胶对二氧化碳水合物生成动力学影响实验研究

天然气水合物的生成和沉积是深水钻、完井和油气输送过程中不可避免的挑战之一,同时在酸性天然气藏开发过程中,高浓度二氧化碳和硫化氢可使水合物更容易生成,造成水合物堵塞。高效经济、绿色环保的水合物抑制剂具有广阔的应用前景,是业内的研究热点。采用恒温恒容法研究了3种生物胶（黄原胶、瓜尔豆胶及卡拉胶）在不同质量分数、搅拌状态及与动力学抑制剂复配条件下对二氧化碳水合物生成动力学的影响。结果表明,黄原胶与瓜尔豆胶均具有抑制二氧化碳水合物生长的作用,其中黄原胶主要降低二氧化碳水合物的最终生成量,抑制效果更为明显,并且随着质量分数的增加,其动力学抑制效果增强。在静止状态下液体表面生成一层水合物膜,阻止气液接触,水合物生成量较少;搅拌桨对水合物膜的破坏作用使搅拌状态下的水合物生长速率远高于静止状态。分析实验结果后认为,黄原胶自身黏性增加了水合物颗粒的黏聚力,促进水合物固结成块,进而阻碍二氧化碳气体分子的传质过程,最终阻止水合物的进一步生成。研究结果对解决深水油气资源开发过程中水合物冰堵问题和开发绿色动力学水合物抑制剂具有理论指导意义。     

SDS对甲烷水合物生成动力学和微观结构的影响

表面活性剂是促进水合物生成的有效手段之一。在高压反应釜中研究了十二烷基硫酸钠（SDS）对水合物生成过程的动力学影响,利用XRD和拉曼光谱探究了SDS存在条件下水合物的微观结构。宏观结果表明SDS缩短了诱导时间,加快了水合物生长速率。微观结果表明SDS没有影响sI型水合物的晶型结构,晶面间距与理想sI型水合物及纯水甲烷对比误差在千分之几。水合物中甲烷在大笼小笼中的拉曼位移分别为2904和2915 cm^-1,SDS没有改变大笼小笼结构。大笼绝对占有率（q_L）接近饱和时,SDS可以进一步提高小笼绝对占有率（q_S）,从微观角度证明了SDS可以减少水合数,提高储气率。     

高含硫天然气水合物生长特性实验研究

目的解决高含硫气田开发过程中在井筒和管道中形成的天然气水合物造成冰堵的问题。 方法在恒温、恒容条件下,采用耐高压哈氏合金釜研究了高含硫天然气水合物宏观生长速率及气田水矿物离子对其的影响情况,同时,采用直接观察法从俯视角度研究了压力、气田水矿物离子及溶液形态对气液界面高含硫天然气水合物生长过程形貌特征、生长特性及延展规律的影响。 结果气田水中矿物离子的存在可降低水合物的生长速率,同时改变水合物形貌。在气液界面,水合物从成核点以二维拓展模式向四周生长。升高压力对水合物形貌影响较小,但会提高水合物的生长速率。 结论分析认为,矿物离子主要是通过离子化作用来降低水的活性,从而影响水合物的生长过程。研究结果对水合物安全防治和高含硫气田的顺利开发具有理论指导意义。      

微型鼓泡器中甲烷水合物的生成特性

研究了高压鼓泡装置中进气速率、压力、温度及滤网目数对纯水体系甲烷水合物的生成动力学和形态的影响。实验结果表明,提高进气速率和压力、降低温度均可提高甲烷水合物的生成速率,但随着进气速率的提高,甲烷气体转化率减小;增加滤网可显著提高水合物生成速率和甲烷气体转化率,最优的滤网目数为200目。甲烷水合物极易在气液界面生成,形成水合物泡。进气速率对水合物形态有显著影响,进气速率较低时水合物泡保持原有形态不易被破坏,不断聚集,水合物较疏松;进气速率较高时,气体溢出,水合物易变形破裂,不断堆积,水合物较致密。压力和温度对水合物形态的影响较小;增加滤网可显著减小气泡体积,形成较多的水合物泡。     

N-甲基二乙醇胺溶液中CO2气体吸收与水合物生成特性实验研究

目的酸性气田开发气流中往往含有二氧化碳(CO₂)和硫化氢(H₂S)等酸性组分,易形成天然气水合物(简称水合物),引起管道堵塞。解决酸性组分吸收剂对水合物作用机制不明确问题,为脱除酸性气体组分并防治水合物生成提供理论依据。 方法 采用恒温恒容法研究了N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液质量分数、搅拌状态及初始压力对CO₂气体吸收规律的影响、MDEA溶液对CO₂水合物生长速率和宏观晶体形态的影响,并与传统热力学抑制剂乙二醇(EG)效果进行对比。 结果CO₂气体吸收量随MDEA溶液质量分数的增加表现为先增后减的趋势。开启搅拌和降低压力可加快CO₂气体的吸收速率,增加气体吸收量。在气液界面,水合物晶体以二维模式生长,并且MDEA可改变CO₂水合物的宏观形貌,增加其质量分数可显著增加CO₂水合物覆盖溶液表面的时间、降低CO₂水合物的生长速率。与EG相比,MDEA水合物的动力学抑制效果较差,但水合物膜覆盖时间较长,生长速率较慢。 结论MDEA可与溶液中水分子形成氢键,与水合物竞争水分子,减少水的活性,同时,MDEA分子可与CO₂分子结合,与水合物竞争CO₂,显著降低水合物生长速率。研究结果对酸性气体的分离捕获和天然气流动的安全保障具有理论指导意义。      

川东北高含硫天然气采输全流程中水合物生成及抑制研究进展

川东北高含硫气藏在开采、生产和集输过程中,极易形成天然气水合物,严重制约了高含硫气井的安全高效开发。水合物的形成需要满足一定的热力学和动力学条件,实际生产中,天然气组分、温度、压力及地层水矿化度等都会对水合物形成的相平衡条件产生影响,其中硫化氢含量的影响最为显著,低温高压和高硫化氢含量是水合物生成的重要原因。高含硫天然气一旦生成水合物,水合物颗粒会快速运移和聚集,极易在井筒、井口、场站、集输管线节流部位形成冰堵。自由水、硫化氢含量、节流效应、温度、压力及残余物等都会对水合物堵塞造成影响,其中自由水是形成高含硫天然气水合物堵塞的关键因素。高含硫天然气水合物防治措施主要分为热力学防治和动力学防治,破除水合物生成的热力学条件是水合物防治的关键,开发高效水合物动力学抑制剂是水合物防治的热门思路。