甘氨酸与热力学抑制剂对甲烷水合物的协同抑制机理

天然气水合物在开采过程中,温度和压力的变化会导致分解后的水合物二次形成,进而会造成井筒和管线堵塞。甘氨酸因其强亲水性和生物可降解性,在水合物防治方面具有巨大应用潜力,但其与热力学抑制剂复配协同抑制水合物生成的作用机理尚不明确。为此,开展了甘氨酸与常见盐类和醇类热力学抑制剂复配使用时的甲烷水合物生成模拟实验,分析了甘氨酸与热力学抑制剂协同抑制甲烷水合物生成机理,并形成了适用于海洋水合物钻探开发用的甘氨酸类钻井液体系。研究结果表明:①甲烷气消耗量并不能真实反映抑制剂对水合物生成的抑制效果,还需结合水合物最终生成量、水合物生成3个阶段的时间变化情况综合判断;②甘氨酸浓度为1.0%时,抑制水合物生成的效果最佳,对应的反应体系具有最小的水合物生成区和最大的稳定区;③相比于单独使用1.0%甘氨酸,5.0%盐类抑制剂与1.0%甘氨酸混合使用时,具有协同抑制水合物生成的效果,可减少水合物生成量20%~30%,但5.0%醇类抑制剂与1.0%以及0.5%甘氨酸混合使用时反而促进了水合物生成;④甘氨酸与盐类混合形成的钻井液体系,可以有效降低水合物生成量。结论认为,该认识进一步厘清了甘氨酸与热力学抑制剂对水合物的协同抑制机理,为解决水合物开采过程中井筒堵塞造成的钻井安全问题提供了实验数据和理论支撑。

水合物模拟装置优化及热力学抑制剂性能研究

为了解决钻井过程中抑制生成的水合物对井筒造成堵塞问题,对天然气水合物生成及评价模拟装置釜内搅拌杆结构及其内部封头进行了重新设计和改进,在此基础上研究了淡水及模拟海水中水合物生成规律,并对比分析了NaCl、MgCl_(2)和Al_(2)(SO_(4))_(3)三种热力学抑制剂对水合物生成的抑制效果。研究结果表明,相比于其他类型的实验装置,具有可视化功能的双反应釜体系,可以同时模拟温度相同时不同液体和压力下水合物生成实验。当热力学抑制剂质量分数为12%时,NaCl产生的离子可以优先与水分子结合,并产生强大的破坏作用,有利于水合物分解,对水合物生成的抑制效果最佳。在温度、初始压力和搅拌速度相同时,改变三种热力学抑制剂的质量分数,分析水合物生成过程中的压降与水合物生成量,1%的MgCl_(2)、10%的Al_(2)(SO_(4))_(3)和20%NaCl对水合物生成的抑制效果最好。研究成果对认识不同基液中水合物生成、热力学抑制剂的抑制规律具有一定借鉴意义,同时为配制更安全的钻井液体系提供思路。

含热力学抑制剂钻井液侵入天然气水合物地层扰动模拟

深水油气勘探开发过程中,为防止井筒内生成天然气水合物,在钻井液中添加水合物热力学抑制剂是有效措施之一。然而含水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物地层的扰动影响鲜有报道。为探究水合物热力学抑制剂对水合物层的扰动规律,利用超声波测试手段,研究了NaCl、乙二醇两类水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物岩样的过程,并讨论了适用于水合物地层钻井液的设计要点。结果表明:含水合物热力学抑制剂的钻井液相比未含抑制剂的钻井液会显著促进水合物分解,且随着抑制剂浓度的增加,水合物分解速度会大幅度增加;NaCl盐类抑制剂促进水合物分解的作用明显强于乙二醇醇类抑制剂;钻井液侵入水合物地层引发的水合物分解呈现非匀速现象。深水钻探水合物地层时,防止地层中水合物的分解与抑制井筒中水合物的生成是相互矛盾的,研发适合水合物地层的钻井液配方来平衡这个矛盾是有效途径。

天然气水合物热力学抑制剂作用机制及优化设计

基于2种典型天然气水合物生成预测理论模型,结合水合物热力学抑制剂评价实验数据以及水活度测试结果,分析了水合物热力学抑制剂影响天然气水合物生成条件的作用机制,建立了水合物生成温度降低值与水活度的关系式.结果表明,水合物热力学抑制剂降低水合物生成温度,或提高水合物生成压力的作用机制是降低溶液的水活度,其抑制水合物生成效果随水活度的降低线性增加.通过模拟深水钻井环境,对典型的水合物热力学抑制剂氯化钠,以及钻井液常用的有机盐甲酸钠进行了水活度测试以及水合物抑制效果评价实验,探讨了可降低钻井液水活度的有机盐加重剂Weigh作为水合物抑制剂的可能性.结果表明,加入氯化钠或甲酸钠降低水活度至0.84,钻井液可在1 500 rn水深条件下循环16h无水合物生成;Weigh可大幅降低溶液水活度,水合物抑制效果优于氯化钠、甲酸钠以及由氯化钠和乙二醇组成的复合抑制剂.针对深水钻完井作业中遇到的必须使用低密度钻井液或完井液的情况,初步优化设计了低密度水合物抑制剂,可保证钻井液和完井液在低密度条件下（1.05～1.07g/cm3）有效抑制水合物生成.

气体水合物动力学和热力学抑制剂复合作用试验

气体水合物动力学抑制剂具有使用剂量低、对环境友好等特点,但其抑制效果受过冷度等影响较大。在对水合物热力学与动力学抑制剂抑制机制分析的基础上,通过试验,对动力学抑制剂(N-乙烯基己内酰胺)抑制作用及其与热力学抑制剂(甲醇)的复合效果进行研究,分析热力学抑制剂含量、压力、过冷度和过冷时间对复合体系水合物抑制效果的影响。结果表明,N-乙烯基己内酰胺与甲醇复合,可在更高的过冷度条件下产生较好的动力学抑制效果,其作用受压力和过冷时间影响较大。

热力学抑制剂与CO_2同注开采天然气水合物的实验研究

为解决CO_2置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)过程中出现的置换速率慢、置换程度不高等问题,提出了将CO_2置换法与热力学抑制剂法组合使用的技术思路,即"抑制剂—置换法"。在实验室利用填砂管模型在岩心驱替装置上测定了CO_2与不同浓度的甲醇溶液在同注的情况下CH_4水合物的分解效果。结果表明:(1)甲醇的浓度对水合物开采效果起着决定性作用,甲醇溶液浓度越小,CH_4水合物的分解越弱,其变化趋势表现为以CH_4水合物的分解为主导转变为以CO_2水合物的生成为主导;(2)当CO_2与浓度为20.8%的甲醇溶液同注时,主要发生CH_4水合物的分解,CO_2水合物几乎不生成;(3)当CO_2与浓度为15%的甲醇溶液同注时,既发生CH_4水合物的分解,也发生CO_2水合物的生成;(4)当CO_2与浓度为10%的甲醇溶液同注时,CH_4水合物几乎不分解,主要发生CO_2水合物的生成。结论认为,"抑制剂—置换法"可促进CH_4水合物的分解,提高其开采效率。

一种含有动力学抑制剂的深水水基钻井液的研制

气体水合物的生成是深水条件下钻井作业公认的危害,同时深水低温也会导致钻井液的流变性能发生变化.为提高深水条件下钻井液对气体水合物的抑制性能以及钻井液在低温下的流变稳定性能,通过室内研究,建立了一套含有动力学抑制剂的深水水基钻井液体系(配方为:3%搬土+处理海水+6%流型调节剂UFLOW+0.05%增黏剂VIS-HX+20%NaCl+7%聚合醇GLYCOL+3%降滤失剂Flocat+0.5%动力学抑制剂PVP).研究了该体系的水合物相平衡、流变性、滤失性、抗温性、抗侵污性、抑制性等.研究结果表明,该体系在水深2000m、水温3℃左右的环境下,可有效地抑制气体水合物的生成;在低温条件下钻井液体系能保持良好的流变性能,钻井液的PV、YP在作业范围的温度段内变化较小,具有恒流变的特性;钻井液体系具有较好的抗温性能,在60~130℃的温度范围内热滚老化后,其流变参数和滤失性基本保持稳定,同时钻井液体系具有较好的抗污染能力以及良好的抑制性能,能够满足深水钻井的要求.

国外动力学水合物抑制剂研究进展

主要介绍了国外动力学水合物抑制剂的研究与使用的现场情况,以及动力学水合物抑制剂使用的各种管道输送条件(包括现场管道输送压力、温度、油气水流量和比例、管道直径与长度等)对其使用效果的影响。

管内天然气水合物抑制剂的应用研究

针对输气管道产生水合物问题提出了水合物热力学抑制剂的3个计算公式,其中,由抑制剂冰点下降ΔT计算天然气水合物生成温度的理论公式不受抑制剂种类与浓度的限制,冰点下降较易测定。对某管道使用的甲醇、乙二醇抑制剂进行了试验,结果表明,加入10%的抑制剂即可防止管道内水合物生成。给出了动力学抑制剂VC-713现场的应用实例,应用结果表明,只有将动力学抑制剂与热力学抑制剂结合起来,才能收到良好的抑制效果。

天然气水合物抑制剂研究进展

介绍了天然气水合物热力学抑制剂、动力学抑制剂、防聚剂的研究现状、作用基理、种类、应用范围以及存在的缺陷;针对现有的抑制剂的不足,提出了今后研究工作的发展方向。

天然气水合物生成历程研究和抑制剂效果考察

利用RC1e量热反应仪,采用在线分析技术,对四氢呋喃水合物形成的历程行为进行了研究。结果显示:四氢呋喃同水构成的二组分体系形成历经成核诱导、成核和生长过程,过程中温度和热量的变化,可以确定成核点。利用自行设计制造的天然气水合物模拟生成装置考察了添加抑制剂对水合物形成过程的影响。通过对比添加热力学抑制剂和动力学抑制剂条件下水合物的生成情况,得出普遍情况下热力学抑制剂可以将水合物的生成时间延缓3～5 h,而动力学抑制剂则在降低80%用量的情况下将水合物的生成时间延缓10 h以上。最后结合实验结果,对两种抑制剂的抑制机理进行了分析和预测。

天然气水合物及其抑制剂的研究和应用

在简述天然气水合物结构和性质的基础上,介绍了天然气水合物热力学抑制剂、动力学抑制剂、防聚剂等的研究现状、作用机理、种类、应用范围以及存在的缺陷。

醇类抑制剂对甲烷水合物形成的影响

在本工作中,甲烷水合物的生长动力学是通过甲醇、乙醇、乙二醇三种不同醇类抑制剂存在下的分子动力学模拟研究的.模拟结果发现,三种醇类都可作为甲烷水合物的抑制剂,醇类分子中的亲水性羟基极大地破坏了水合物笼的结构,并且羟基可以与局部的液态水分子形成氢键,从而增加了形成水合物笼型结构的难度,导致甲烷水合物的生长速率降低.对于甲醇分子,甲醇分子的亲水性羟基与水分子形成氢键从而破坏了水分子结构,而亲油性甲基对周围的水分子具有簇效应,两者都会降低水合物生长速率;对于乙二醇和乙醇分子,它们只含有羟基,特别是乙二醇分子含有两个羟基,其对H_(2)O分子有很强的吸附作用,导致水合物生长速率降低.在抑制效果方面,甲醇分子最优,乙二醇稍微优于乙醇.

含抑制剂体系下天然气水合物形成预测模型的建立与应用

油气水混相在开采与运输过程中易生成天然气水合物,预测其形成条件可保障油气田的安全运行。建立了包含超过1500个数据点的广泛数据库和基于PSO-LSSVM的含抑制剂天然气水合物形成解离模型,与BP神经网络模型模拟结果进行了对比分析,并在荔湾气田现场管道进行了预测应用。结果表明,LSSVM模型通过PSO算法优化后确定的正则化参数为321.1523642521、核参数为1.0210368871948。BP神经网络模型和PSO-LSSVM模型的平均相对误差分别为1.92%和0.49%,说明PSO-LSSVM模型的预测能力更强。以纯水为基础介质时,BP神经网络模型和PSO-LSSVM模型均可较准确地预测水合物形成,但以含热力学抑制剂水溶液为基础介质时,PSO-LSSVM模型具有更优秀的表现。PSO-LSSVM模型对于荔湾气田现场生产具有较强的适用性,可为甲醇注入量的确定和现场安全运行策略的制定提供理论依据。

基于组分追踪的水合物抑制剂注入量计算

在高压低温的输送条件下,湿气集输管道中会有天然气水合物生成,而生成的水合物可能会导致管道堵塞或关键控制设备失灵等诸多风险。加注醇类水合物热力学抑制剂(THI),是预防湿气管道生成水合物的方法之一。若THI注入量过大,则不仅会增加采购、运输和储存成本,而且还会增加水处理成本。因此,在一定安全裕度的基础上,确定THI的最小注入量至关重要。基于经验公式法和相平衡软件的THI注入量的计算,不考虑流动的影响。为优化THI注入量,采用相平衡与流动耦合计算法,基于OLGA组分跟踪模型,对沿线的温度、压力以及THI质量分数进行了跟踪,以期较为准确地预测THI注入量。以陆地气田气和海底油田伴生气集输管道为例,对不同计算方法进行了对比。结果表明,相平衡与流动耦合计算法可减少THI注入量10%以上。

管道天然气水合物的风险管理抑制策略

随着深海油气资源的逐渐开发,传统天然气水合物防治方法的局限性越来越明显,低剂量天然气水合物抑制剂(LDHI)的使用逐渐受到关注和重视,管道天然气水合物的抑制策略也正在发生转变。为此,介绍了国内外天然气水合物抑制技术的最新进展,分析了目前采用热力学抑制剂完全抑制天然气水合物策略的局限性,结合笔者自己的研究成果,整合提出了管道天然气水合物的风险管理对策,即允许管道中形成天然气水合物,通过对天然气水合物流体的控制来实现油气管道的安全畅通运行。分析比较后指出:风险管理抑制策略必将成为管道天然气水合物的主要抑制策略,将有可能为石油天然气工业带来巨大的经济效益。

葡北油田天然气水合物化学防治技术研究

针对葡北油田开发过程中注气井和采油井生成的水合物易堵塞井筒的问题,采用动力学抑制剂防止水合物生成、热力学抑制剂解除水合物堵塞。以N-乙烯吡咯烷酮、N-乙烯己内酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵为单体,通过自由基聚合反应合成了动力学抑制剂HI-3,评价了动力学抑制剂HI-3对水合物生成的抑制性能以及热力学抑制剂对水合物堵塞的解除效果。结果表明,在4℃、8 MPa条件下,1%HI-3抑制剂可将水合物生成的诱导时间延长至1380 min以上;热力学抑制剂对水合物分解速率的大小顺序为:乙二醇>二甘醇>丙三醇>甲醇>乙醇,且升高热力学抑制剂乙二醇的温度,可加快水合物的分解速率。

一种深水水基钻井液关键外加剂的优选评价

钻井液对气体水合物的抑制性能和低温下良好的流变性能是深水钻井液的关键性能。通过对关键外加剂的优选,室内建立了一套用于2 000 m深水钻井的水基钻井液体系,该钻井液采用反相微乳液聚合物增黏剂UFLOW及改性植物胶VIS-HX作为钻井液的流型调节剂,以热力学抑制剂NaCl和聚合醇配以动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为气体水合物抑制剂。该钻井液在低温下能保持良好的流变性能;同时在水深为2 000 m、水温在3℃左右的环境下,该钻井液可抑制气体水合物的生成。

天然气水合物抑制技术研究

全球天然气资源开采进入重要阶段,天然气产量年年攀升,天然气水合物的问题随之而来。针对现有天然气水合物抑制技术进行调研,明确不同天然气抑制技术的应用范围,技术特点和应用现状,比较和分析不同方法与机理的抑制技术研究及发展情况。对脱水法、加热法、降压法等抑制技术进行整理,为天然气水合物抑制起到参考作用。

温度场扰动对天然气水合物相态的影响机制

钻井液是保障钻井安全与井壁稳定的关键,但在天然气水合物钻探过程中存在钻井液侵入水合物储层,发生传质传热导致水合物储层升温失稳,因此深入了解此过程中温度场扰动对天然气水合物相态的影响规律,对天然气水合物资源钻井安全意义重大。基于分子模拟探究温度场对水合物相态的影响规律,阐明含热力学抑制剂体系在变温过程中的水合物生成与分解机制。结果表明:在压力一定的条件下,水合物不但具有强温度敏感性,而且水合物的稳定性还具有时间相关性;在低温区持续时间越长,水合物二次生成风险越大,在高温区持续时间越长,水合物分解量越大;尽管热力学抑制剂可以显著减小水合物二次生成量,但也会显著加快储层水合物的分解;合理控制钻井液体系的热力学抑制剂量及钻井液注入温度,对维持储层水合物相态稳定及防止水合物二次生成至关重要,为天然气水合物高性能钻井液体系构建提供了理论支撑。