注二氧化碳置换天然气水合物反应速率常数二元线性预测方程

针对二氧化碳置换天然气水合物置换效率低、任意温度和压力下置换反应速率常数求取困难等问题,在填砂多孔介质中合成了水合物饱和度约为80%的实验样品,开展注二氧化碳定容置换与吞吐置换甲烷水合物实验。实验采用色谱分析确定置换过程中气样化学组分变化和置换率,基于化工热力学理论计算置换推动力,通过数据反演和多元线性回归建立置换反应速率常数的计算方程。结果发现,相同条件下,吞吐置换的置换率较定容置换平均提高45%,置换反应速率常数与温度和压力呈二元线性定量关系。基于此定量关系预测的置换反应速率与实验结果的误差小于5%,实现了任意温度和压力下置换反应速率常数的准确计算。

基于井筒-地层置换效应的页岩油钻井环空流体温度分布

为了准确掌握井筒钻井液与地层页岩油置换条件下的环空流体温度分布规律,基于流体流动与传热理论,充分考虑置换后环空混合流体流动方式和热物性参数的变化,建立页岩油钻井环空流体温度分布预测模型,探究置换条件下环空流体温度分布规律,并分析置换位置、置换流体类型、置换速率对环空流体温度的影响规律。结果表明:置换条件下的环空流体温度高于正常循环条件下的温度;置换发生在井底时,环空流体温度分布曲线无明显拐点,而置换发生在非井底时,曲线存在明显拐点,且拐点位置与置换点位置一致;与低比热容的地层页岩油相比,高比热容的地层水与井筒钻井液发生置换时环空流体温度更高;当地层页岩油侵入速率大于井筒钻井液漏失速率时,置换速率越大,置换后的环空流体温度越高,反之越低。

沉积物中甲烷水合物的CO_2置换实验

CO_2置换法是一种具有经济和环境双重效益的天然气水合物开采方法,如何测定CO_2置换沉积物中甲烷水合物的置换速率以及怎样提高置换效率一直备受关注。为此,利用自行研制的实验装置,分别进行了置换温度、甲烷水合物饱和度两个因素影响下的CO_2置换沉积物中甲烷水合物模拟实验,探讨了这两个因素对CO_2置换效率的影响规律,并对得到的影响规律进行了置换反应物理过程和相关理论分析。结果表明:①在实验条件下置换反应过程经历快速反应和缓慢反应两个阶段,快速反应阶段的甲烷产气过程受表层甲烷水合物分解过程所控制,而缓慢反应阶段的甲烷产气过程受气体在孔隙水或者冰内的扩散过程所控制;②甲烷水合物分解方式包括吸收CO_2水合物合成释放的热量而分解与降压引起的分解,前者主要由孔隙水或冰的含量决定,而后者主要与温度和压力条件有关;③置换效率随置换温度的增加和甲烷水合物饱和度初始值的减小而变大,置换出来的甲烷气体量随置换温度和甲烷水合物饱和度初始值的增加而增大。结论认为,CO_2置换法更适用于水合物饱和度较高的海域甲烷水合物地层。

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。

基于绝热氧化实验的不同惰性气体阻燃效果研究

为掌握在煤炭不同氧化阶段不同惰气阻燃的差异性,采用绝热氧化装置,以非吸附性He为参考气体,设计不同温度起点(70、110、150℃)的注惰气(N_(2)、CO_(2))阻燃实验。以惰气注入后煤样温度、O_(2)体积分数为考核指标,对比研究了不同惰气的阻燃效果。结果表明:实验煤样的表观活化能为47 kJ/mol,自燃临界温度为83℃;初始温度越高,降温至30℃所需的时间越长;在同一初始温度下注入不同惰气后,He的阻燃效果最佳,N_(2)次之,CO_(2)最差,N_(2)和CO_(2)对O_(2)的置换速率随着温度升高而增大;温度起点相同时,注入N_(2)的降温速率和相对置换量均比注入CO_(2)的大,N_(2)的阻燃效率比CO_(2)的好。

CO_2置换天然气水合物中CH_4的研究进展

在全面综述国内外天然气水合物开采技术研究现状的基础上,重点介绍了国内外CO2置换开采天然气水合物的研究进展,分别从热力学和动力学角度分析了置换反应过程的可行性.现有的研究主要集中在自由饱和水体系,而自然界中天然气水合物主要赋存于海底沉积层和永久冻土层中,需结合天然气水合物赋存的自然环境条件,研究其动力学过程,揭示置换反应过程的内在机理.最后指出了CO2置换开采天然气水合物尚存在的问题和今后的研究方向.