油基体系水合物浆液瞬态流动机理模型

深海油气在生产运输过程中涉及高压、低温条件,极易产生水合物并导致管道堵塞.对于水合物浆液的气液固流动体系,基于水合物颗粒分散相特性,依据粒径对水合物颗粒进行分类,结合水合物生成/分解动力学模型,模拟水合物颗粒的个数、粒径及运移规律,耦合双流体模型和温度方程,建立了适用于油基体系的水合物浆液多相瞬态流动机理模型.采用交错...     

流动体系下油基天然气水合物颗粒管壁粘附机制

天然气水合物在管壁上沉积可导致管道堵塞,对沉积机制进行研究有助于解决水合物管堵问题。通过分析管壁上水合物颗粒的微观受力及移除机制,建立油基天然气水合物颗粒管壁粘附动力学模型,并以临界移除粒径和粘附率为标准,定量探究了油包水乳状液中水合物颗粒在不同壁面环境下的粘附情况。结果表明:当管壁表面无水时,范德华力为水合物颗粒-管壁间的主要粘附力,水合物颗粒的粘附率低于30%,粒径大于20μm的水合物均不会附着在管壁上;当管壁表面润湿或存在水膜时,毛细液桥力为主要粘附力,此时水合物颗粒粘附率接近100%,仅靠管流自身流动力很难将管壁上的水合物颗粒移除掉。研究证明了水合物颗粒在壁面上直接粘附是水合物管壁沉积机制之一。(图6,表1,参22)     

水合物浆液流动特性研究

采用水合物循环管路装置,添加比例为水量2%(质量比)的防聚剂Span80,在压力为1.6MPa、温度为280.2K的条件下,测定了(柴油 甲烷 四氢呋喃 水)体系在不同水油体积比时生成水合物浆液的流体力学行为。将(水合物 液体)的非均相体系当作拟流体处理,建立了水合物浆液的流动模型,计算了各实验体系的表观粘度,分析了不同水油比时气体消耗量、流量、表观粘度随时间的变化趋势。     

水合物浆液流动特性数值模拟

考虑水合物颗粒体积分数对水合物浆液粘度的影响,应用CFD／FLUENT模拟得到了设计工况下水平管中水合物浆液流型、床层高度,颗粒体积分数分布,管道压降、平均粘度等数据,同时基于DoronP等提出的适用于固液两相流动的双层流动模型,编程求解各工况下的流动参数。通过对比模拟结果、计算结果和实验结果可知,数值模拟方法可以对水合物浆液在水平管中的流动压降进行准确预测,而通过编写UDF,将水合物颗粒流动过程中的粒径分布考虑其中,可以更好地描述水合物浆液的流动状态。因此,数值模拟方法可以作为研究水平管中水合物浆液流动特性、分析流动参数影响因素的有效手段,但尚存不足,有待完善。（图7,表4,参10）     

一种抑制天然气水合物分解的高效冲洗液体系性能研究

海洋深水天然气水合物地层钻完井作业面临诸多问题,如深水低温环境、水泥环与地层胶结质量差、天然气水合物受热易分解等,研究一套能够在天然气水合物层提高固井质量的冲洗液体系,是保证海洋深水天然气水合物高效、安全开采的关键。室内根据天然气水合物固井对冲洗液的特殊要求,结合复合材料体系协同增效原理,开发了一套具有抑制天然气水合物分解特性的新型冲洗液体系。该冲洗液体系对模拟井壁冲洗率达到91.8%,与钻井液和低水化热水泥浆体系有良好的配伍性,并且能够在一定程度上抑制水合物的生成,不会对低水化热水泥浆固井产生不利影响。     

气-水合物浆液两相流动模拟计算

多相流的研究已有近40年的历史,但对含水合物多相管流的研究很少见。针对油-气-水-水合物多相混输问题,将水合物固体颗粒与液相作为拟流体浆液处理,给出了气-水合物浆液水力、热力及相平衡的稳态计算方法,并将计算结果与实验环道所得数据进行对比。利用闪蒸算法计算了水合物的生成量,确定了管道内的流体相数、水合物开始出现的位置以及气液相的流量和摩尔组成,获得了气液相的热力学参数。     

管道内水合物浆流动的数值模型

考虑水合物浆相间相互作用、粒径分布、固相黏度、最大内相堆积率等基本物性,基于EulerEuler双流体模型,建立描述管道内水合物浆流动的数值模型,并对水合物浆的粒径特性、阻力特性进行分析。结果表明:与Mulhe粒径模型相比,Camargo粒径模型考虑了水合物聚结体间的相互作用,粒径模拟值与实验值更为接近;颗粒动力学模型对水合物浆湍流流动时颗粒间剪切作用的刻画较为准确,但在描述水合物浆层流流动时误差较大,而基于Brinkman方程、Ostwald方程的黏度模型因与水合物体积分数、剪切速率间存在耦合关系,对水合物浆湍流、层流流动阻力特性的预测效果较为理想。建立的数值模型可以为水合物浆安全流动研究及工程应用提供支持。     

水合物法气体分离添加剂研究进展

水合物法气体分离作为一种新型分离技术,具有诸多优点,但其应用受到水合物生成压力高、生成速率慢及分离效率低等问题的困扰,而特定添加剂可改善水合物法气体分离性能.综述了国内外在添加剂类型、评价方法及对水合物生长的促进机理等方面的研究进展,指出了未来的研究方向:寻找全新的、不参与水合物生成或较少占据水合物孔穴的添加剂,对于相平衡、分离效率及动力学特性均有较好改善;将不同类型添加剂进行有效复配,通过对复合添加剂促进性能开展实验研究,筛选最优的添加剂组合及加量;借助精密观测手段,分析表面活性剂对水合物生长动力学的影响,验证促进机理假说;对含添加剂体系水合物法分离工艺流程进行优化及经济评价.     

多相混输管道水合物流动的LedaFlow软件模拟

为了深入探讨多相管道混输体系水合物浆液输送技术,采用LedaFlow软件进行抑制剂注入和水合物浆液多相混输的模拟计算。利用软件的参数优化模块计算最佳抑制剂注入量;利用软件水合物输送模块进行水合物浆液输送模拟计算。根据模拟计算结果,分析管内水合物浆液流动规律,初步探索LedaFlow软件在水合物浆液流动安全保障中的应用,以期为天然气凝析液管道的水合物流动安全保障提供参考。     

基于螺旋流的天然气管道水合物安全流动模型

由于管道螺旋流动具有断面浓度分布均匀、能耗低、输送距离远、携带能力强等特点,因此,研究基于螺旋流的天然气管道水合物安全流动技术,对于弥补现有防治技术的不足,提高水合物携带能力,拓展安全流动边界具有广阔的发展前景。根据螺旋管流的水合物颗粒悬浮特性,通过水合物颗粒动力学平衡分析得到在螺旋流作用下形成有效悬浮时所要求的周向临界流速,探讨了螺旋流衰减规律,结合水合物颗粒运动方程建立了螺旋流天然气管道水合物安全流动的判据和水合物颗粒安全输送距离的计算模型。分析实例计算结果表明:水平直管段内螺旋强度沿轴向呈指数规律衰减。通过控制变量研究了起旋参数对螺旋强度衰减的影响。据此确定继旋器的加设位置,为管道螺旋流持续有效地输送水合物提供了理论基础。     

天然气水合物生长及堵管规律研究进展

为了保障混输管道管输介质的安全、稳定流动,调研了国内外关于天然气水合物的研究成果,分析了水合物堵管试验结论,系统总结了混输管道天然气水合物形成、生长及堵管的研究进展。结果表明:水合物的形成并非达到热力学形成条件后瞬间完成的,其在相界面处开始形成、生长和发展;动力学、传质及传热是水合物生长的关键因素;水合物的堵管过程分为形成、聚集及堵管3个阶段。单纯依赖水合物热力学相平衡研究不足以描述水合物结晶与生长过程的多阶段性,研究水合物的生成机理需要从热力学和动力学两方面开展,以期对水合物的形成机理和管道堵塞规律有更深入的认识和更精确的预测。     

水合物颗粒间粘附力实验研究进展

水合物颗粒间粘附力是影响水合物聚集体尺寸及其宏观流动特征的主要因素,明确粘附力变化规律及机理对防止水合物堵管事故具有重要意义。微机械力（Micromechanical Force,MMF）实验装置可从微观角度直接测定粘附力,是目前应用最广泛的水合物粘附行为研究仪器。综述了目前基于MMF的水合物颗粒间粘附力实验研究进展,讨论了温度、颗粒间接触时间、添加剂及原油中天然组分等因素对粘附力的影响,深入分析了研究中存在的缺乏准液层特性研究、毛细液桥固化过程描述不完善、阻聚剂与原油中天然组分间协同作用鲜有涉及等问题,并从MMF与原子力显微镜及原位拉曼光谱相结合、MMF与宏观流动实验相结合等方面对未来水合物颗粒间粘附力研究提出建议,以期为水合物粘附理论继续深化提供思路。（图6,参51）     

热激法开采天然气水合物研究进展

天然气水合物具有极高的开采价值,热激法是天然气水合物开采的重点研究方向,当前热激法的主要注热方式有注热流体、井下电加热、微波加热、太阳能加热等。对国内外热激法开采天然气水合物的研究进展进行了综述,分析了不同注热方式的优缺点:注热流体具有操作简单,流体循环利用等优点,但能量利用率较低,适用于饱和度较高的水合物开采;井下电加热热损失较小,适用于开采井井深较大的情况;微波加热能量转化率高,对水合物具有更强的靶向加热作用;太阳能加热清洁环保,符合可持续发展战略目标。微波加热和太阳能加热具有很大的开发潜力和广阔的发展前景,但目前的技术发展尚不足以进行推广。     

微观结构对水合物浆液流动特性的影响研究现状

海底管道天然气/水合物浆液混输技术是近年来出现的一种新技术,有助于解决深海油气混输易发生水合物堵塞事故的难题。研究水合物浆液的流动特性是实现该管输技术大规模工业应用的重要基础,而浆液的微观结构是决定其流动特性的本质因素。介绍了现有文献中的几种关于颗粒聚集机理的解释以及两种测量微观性质的试验方法。     

封存海管湿气投产水合物形成评价及流动保障

针对中国某海域封存海管湿气投产过程中潜在的水合物形成风险,利用HYSYS软件,模拟分析其相平衡与水合物形成条件;利用PIPEPHASE软件,模拟分析海管沿程湿气的压力和温度分布;采用静态模拟实验方法,测试分析模拟湿气水合物形成速度;对比分析数值模拟与实验模拟结果,评价海管内水合物形成的可能性,提出海管湿气投产的安全保障措施,确保海管湿气投产的顺利实施。结果表明:若海管不采取加注抑制剂或保温等防护措施,在4~6 MPa的湿气投产过程中理论上会形成水合物,凝析油有助于抑制水合物的形成,海管沿线湿气压力随海底起伏而波动,但全线压力损失不大,管内湿气温度很快降至环境温度;模拟实验证实了数值模拟结果的准确性与可靠性,通过采用合理的投产方案,加注乙二醇等措施可确保投产安全。     

管道CCl_3F水合物浆流动特性的数值模拟

为了研究CCl_3F(R11)水合物浆在水平管内的流动特性,建立了CFD/Fluent数值模型。对比模拟得到的压降与实验压降可知,相对误差均在20%以内,表明该模型可行。通过模拟分析管内水合物颗粒流动特性发现,控制流速可以有效防止水合物阻塞。同时,深入模拟研究了R11水合物颗粒在管内流动的沉积特性,结果表明:流速对R11水合物的沉积特性影响较大,当平均流速达到一定值时,水合物颗粒体积分数对其沉积特性影响不大,将该流速视为管道安全运行的最小流速。通过分析水合物浆的其他关键参数(颗粒密度、颗粒粒径及管径)对管道安全运行最小流速的影响,得出水合物颗粒粒径对管道安全运行最小流速的影响较大,水合物颗粒密度及管径对管道安全运行最小流速的影响较小。     

油包水乳状液中水合物形成模型研究进展

一旦水合物引起管道堵塞,将给深海油气资源输送安全造成严重威胁,因此,定量预测不同工况下水合物的形成尤为重要,但是目前气体水合物形成的动力学机理尚不明确。系统阐述了国内外油包水体系中水合物形成动力学的研究进展,着重介绍了气体水合物在以油相为主体的油-气-水多相体系中成核与生长的动力学模型,分析了主要模型的优点和局限性。基于油包水乳状液体系中气体水合物形成动力学的研究现状,提出多相体系中水合物形成研究应该从传质和本征反应的耦合机理入手,并结合不同尺度下的试验研究,考虑多相体系中的形成物理过程、传质与传热限制,建立适用性更广的水合物形成模型,从而为管道的流动安全提供理论支撑。     

重质原油组分对水合物生成影响的研究进展

水合物生成会对海底多相混输管道的安全运行造成巨大挑战,而蜡、沥青质等原油组分会显著影响水合物的生成过程,加剧管道内流体流动的复杂性.在此系统分析了针对油水体系的水合物生成动力学模型,综述了油水体系中蜡对水合物成核及生长过程影响的研究成果,总结了沥青质对水合物生成作用规律的研究进展.分析发现:现有油水体系中水合物生成动力...     

天然气水合物强化生成技术与方法研究进展

天然气水合物(NaturalGasHydrate,NGH)资源的开采与开发已经列入了国家"十二五"发展规划。天然气水合物具有潜在的战略意义和可观的经济效益,并在天然气运输、海水淡化、二氧化碳储存等方面具有巨大的应用前景,而上述技术成功应用的关键在于强化天然气水合物快速生成。综述了天然气水合物强化生成技术与方法的最新研究进展,分析了各自的优缺点,提出了一种管道螺旋流动强化天然气水合物生成技术,并作了展望。     

植物叶片淀粉分解机理研究进展

高等植物白天光合作用产物以过渡型淀粉的形式储存于叶片叶绿体,夜晚过渡型淀粉分解为麦芽糖和葡萄糖后转运出叶绿体,用于合成蔗糖、维持叶片呼吸、植物代谢以及生长发育。近年来,通过对拟南芥、水稻、玉米、马铃薯、大豆等植物的研究,发现叶片淀粉分解主要是通过水解和磷酸解两条途径;分解过程受到光照、生物节律和碳源平衡等因素的调控。目前一批重要的植物叶片淀粉分解相关基因已被鉴定出来,随着对这些基因功能研究的不断深入,对植物叶片淀粉分解机理将有更深刻的认识。