基于稳定性分析的含酸/醇烃水体系相平衡计算

油气开发的井流物多以油气水混相形式存在。对于酸性油气田,还常伴有硫化氢或二氧化碳等酸性气体。为了避免水合物生成堵塞管道,加注醇类防冻剂是常用的方法。因而油气田井流物易于呈现含酸、含醇的多相烃水混输状态。含酸/醇烃水体系相平衡的准确计算,是预测其物性特征的基础,也是支持该复杂体系多相混输流动仿真的关键。但目前被广泛应用的基于经典立方型状态方程计算油气水体系相平衡的方法,存在对液烃及水相分布预测准确性不高的问题。为此,引入稳定性分析的方法,构建适用于含酸/醇烃水体系的稳定性检验方式,结合SRK-HV状态方程,建立了耦合稳定性分析的含酸/醇烃水多相多组分相平衡计算模型及算法。经多角度验证,本研究所提模型具有较高的准确性与稳定性。

含粉砂盐水体系甲烷水合物生成与固相沉积规律

管道中水合物再生与粉砂沉积堵塞是影响可燃冰开采的关键问题,而且管道中海水具有一定矿化度。利用高压环路开展了水-粉砂-NaCl-CH_(4)体系水合物生成与水合物-粉砂沉积实验,揭示水合物生成到稳定固相沉积的四阶段演变过程。研究发现,在含有粉砂的盐水体系中甲烷水合物的诱导期相较于纯水体系可显著延长2~3倍,特别是在低含砂浓度(质量分数0.1%)和高流量(1600 kg/h)条件下,诱导期延长至3.3倍。分析认为NaCl和粉砂对水分子簇结构的扰乱是抑制水合物成核的关键机理,此外NaCl通过压缩颗粒双电层厚度削弱砂粒亲水性,通过纳米气泡桥接促使固相颗粒聚集并黏附于管壁,加速水合物-砂沉积层的形成。研究成果有助于保障可燃冰开发排采系统中多相流动的安全与稳定。

PID控制参数对重力式三相分离器生产工艺的影响

在海上平台的生产过程中,由于油井采出液是天然气、原油、水和矿物杂质等物质的混合物,不能直接外输,需要进行一定的工艺处理后方可外输、储存或销售。三相分离器作为在该处理过程中较为成熟的设备,已在海上平台的生产中得到普遍应用。其中,重力沉降式三相分离器作为基本的分离设备得到了广泛应用。由于海上平台存在大量立管,管内流体可能出现段塞流等不稳定工况,为了保证稳定生产,需要使用一定的控制理论来控制三相分离器的生产过程。PID控制作为成熟稳定的控制理论已普遍应用于现场的生产。因此,对重力沉降式三相分离器及对应压力PID控制器、液位PID控制器的工艺流程及相关参数设置的模拟对于现场生产过程具有一定的指导意义。本文通过对某海上平台现场数据图纸进行深入分析,建立相对应的生产工艺流程模型,利用HYSYS软件模拟该海上平台对于油气处理相关工艺流程的生产过程,验证了PID控制器在生产中保证稳定生产的重要作用。并在基本工况模拟的基础上设计来流不稳定工况进一步验证对比PID控制对于来流波动的控制效果,并针对不同频率、不同气液比的不稳定来流整理分析了PID控制的响应特性。此外,在流程模拟的基础上,针对PID控制系统各项特性参数(比例增益、积分时间、微分时间)的选取进行了深入研究并完成敏感性分析,对于不同的被控参数如:压力、液位等,根据各参数的相应特性提出了对应的PID参数推荐设置。

储气库地面工程在线仿真技术

储气库地面工程在线仿真是实现储气库生产运行流程预测、安全预警、辅助判断及优化控制的核心技术,目前,国内外对储气库在线仿真技术的研究与实践较少。通过对储气库地面工程在线仿真需求进行分析,明确储气库在线仿真的用户需求和功能需求,形成包括储气库地面工程在线仿真系统软件架构、开发架构、工作流和数据流的设计方案;采用三层架构体系和C/S(客户端/服务器)软件架构,结合基于HYSYS软件的储气库地面工程在线工艺计算模型、在线数据采集和处理技术、工艺计算模型与仿真数据库数据交互技术,开发了储气库地面工程在线仿真系统,并将其应用于某储气库采气流程,对在线仿真技术的适用性和可行性进行验证。对比在线仿真模拟结果与生产数据可知,所建在线仿真系统工艺参数计算精度满足生产需求。研究成果可为储气库智能化实践提供技术支撑。

油水体系动力学抑制剂及其与乙二醇协同抑制性能评价

长庆某油田使用烃类气驱的开采方法,导致井流物具有较高的气油比(30~100 m^(3)/t),本研究针对其输送过程中易出现的水合物防控问题开展了相关实验研究。相对于添加传统热力学抑制剂(THI)的防控方案,动力学抑制剂(KHI)以其用量少、效益高、环保等优点受到越来越多的关注。然而,根据大量油田现场实例及实验研究结果可以发现,单一抑制剂的效果并不理想,传统KHI的抑制效果受到温度的影响很大。在高过冷度的条件下,其抑制作用可能失效。因此,通过在动力学抑制剂体系中加入增效剂,使增效剂与抑制剂产生协同作用,进而增强抑制剂的抑制效果的协同抑制方案成为研究热点。本研究在500 mL的高压反应釜中开展实验。实验研究了PVP、PVCap两种动力学抑制剂及其与乙二醇(MEG)复配而成的协同抑制剂对水合物生成的抑制性能。在水合物生成过程中,针对复配抑制剂对水合物生成的抑制作用,从抑制剂浓度、最大可承受过冷度以及与MEG复配效果这3个角度出发,开展了42组实验,测试两种动力学抑制剂的抑制性能。实验结果表明,同等质量浓度条件下,动力学抑制剂PVCap的抑制能力优于动力学抑制剂PVP。PVCap在近20℃过冷度的条件下依然展现出良好的抑制能力。在PVCap、PVP两者与MEG复配的协同实验中,可以发现他们都表现出了一定程度的协同抑制效果。其中PVCap与MEG的协同效果更为明显。3 wt%PVCap与5 wt%MEG的协同抑制剂组合在高过冷度(22℃)下,可将天然气水合物诱导期延长至9 h以上,这一发现表明合理有效的协同抑制方案可以有效提高KHI的抑制性能,有助于推广KHI在国内高过冷环境下油气资源领域的应用,为高效解决高过冷条件下油气生产中水合物防控问题提供技术支持。

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。

含蜡晶天然气水合物浆液黏度的影响因素

天然气水合物浆液黏度特性是判别水合物浆液输送流动性的重要指标。在深海油气田开发中,特别是对于高含蜡体系,蜡晶与天然气水合物共存的情况时有发生。为此,利用高压天然气水合物流变测量系统,探究了含蜡量、搅拌转速和压力等因素对含蜡晶存天然气水合物浆液黏度的影响规律。实验结果表明:(1)含蜡晶天然气水合物浆液呈现剪切稀释性;(2)含蜡量越大,天然气水合物浆液黏度越高,原因在于悬浮在连续相的蜡晶与吸附在天然气水合物颗粒表面的蜡晶,均对天然气水合物聚并体的增大起到了促进作用;(3)在相同含蜡量的情况下,随着搅拌速率的增加,因体系所受剪切作用强度增加,导致天然气水合物浆液黏度下降;(4)当体系初始反应压力提高时,天然气水合物生成驱动力增强,生成量增加,会显著增加天然气水合物浆液黏度。结论认为,研究蜡晶在高压搅拌天然气水合物浆液体系内的微观分布规律,将是未来探讨蜡晶对天然气水合物浆液黏度特性影响的重要方向。

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Exxon Mobil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。

含天然气水合物的海底多相管输及其堵塞风险管控

为了提升深水油气开发海底输送系统多相流动的安全运行水平、推进“天然气水合物(以下简称水合物)浆液输送技术”的工业化应用进程,基于所搭建的水合物流动保障实验平台,结合水合物动力学生成机理、多相流动规律和可靠性理论,开展了含水合物的海底多相管输及其堵塞风险理论与技术研究。研究结果表明:①水合物颗粒的存在,会减少分层流区域,增强段塞流动趋势,更易形成环状流和波浪流,基于小扰动法所建分层流判别准则,能合理划分实验流型数据;②考虑水合物颗粒间聚并剪切,结合有效介质理论,建立了水合物浆液的黏度、阻力计算方法,预测精度均在±20%以内;③提出了含水合物多相管输的临界悬浮流速概念,分别建立了低于该流速的气浆、高于该流速的固液多相流动机理模型,能更加合理地描述水合物颗粒与多相流动耦合影响规律;④观察到水合物壁面沉积4阶段历程,通过不同实验条件下水合物沉积率的定量表征分析,揭示了各因素对水合物壁面沉积的作用机理;⑤定量分析了不同流型下水合物颗粒的聚并沉积状态,定性分析了各流型中水合物的堵塞机理及风险;⑥引入可靠性理论,建立了以水合物体积分数为判定条件的极限状态方程,耦合抽样及快速求解理论,实现了含水合物多相输送管道堵塞概率表征,并给出了水合物浆液管道稳定运行的安全评价等级划分原则。结论认为,该研究成果能从定性和定量两个方面有效预测多相混输管道中水合物的生成及堵塞风险,有助于保障海底输送系统多相流动的安全运行。

水合物生成记忆效应研究进展

从水合物生成记忆效应的形成机理和影响因素角度出发,对当前水合物生成记忆效应的研究现状进行梳理与总结。针对水合物生成记忆效应的形成机理,简要分析了目前比较公认的两种假说。简述了水合物生成分解后的处理历史对水合物生成记忆效应的影响,提出矿物离子、热力学抑制剂及动力学抑制剂等物质都会对水合物生成记忆效应存在显著影响。同时指出不同类型水合物之间的记忆效应以及体系压力、矿物离子、化学添加剂及蜡晶的析出等对记忆效应的影响,都是需要进一步深入研究的问题。

基于人工神经网络的天然气井产量计算方法研究

随着石油行业不断向海洋发展,水下油气生产工艺也随之诞生,传统的技术手段面临诸多新的问题。虚拟计量系统已经逐步在国内外的海上油气田生产系统中开始应用。该技术利用油气田的常规基础工艺参数以及从生产控制系统获取的实时仪表数据,通过多种模型实时计算出单井油气水各相的流量。本文主要研究人工神经网络在虚拟计量方面的应用。由于目前常用的井筒模型不能适应产量的瞬时变化,不能及时准确地预测产量,本文引入具有高度非线性预测能力的误差反向传播的人工神经网络方法,以人工调试后的井筒模型结果作为数据样本库,模拟各种影响因素与天然气井产量之间的映射关系,通过学习和训练建立了基于BP神经网络模型的天然气井产量计算模型。预测结果表明:该方法的计算结果与现场物理流量计测量值的相对误差平均值为3.33%,超过80%的数据点相对误差处于±5%内,预测精度较高。综合分析表明,人工神经网络模型能够满足实际生产需要,且该模型结构简单,不拘泥于具体的形式,计算量少。

水合物生成诱导期研究进展

水合物生成诱导期是用于表征水合物生成过程的重要参数,其研究对于水合物风险控制和水合物技术应用具有重要意义。本文从研究方法、水合物客体分子类型、研究内容和诱导期分布等4个方面总结回顾了国内外近期开展的水合物生成诱导期研究概况,表明其主要围绕诱导期定性影响因素的分析和诱导期定量表征模型的建立两方面展开。介绍了诱导期的主要定性影响因素及其对诱导期的影响规律,阐述了不同类型诱导期定量表征模型的建立过程及其适用范围。结果说明,目前对于水合物生成诱导期定性影响因素的分析研究系统性不强,需要从微观角度对水合物生成及成核机理本质展开进一步研究,而所建立的诱导期定量表征模型也大都只适用于特定条件下的水合物生成诱导期预测。

水合物动力学抑制剂的作用机理研究进展

水合物动力学抑制剂作为低液量抑制剂,其可应用于深水流动保障风险控制水合物冻堵问题,受到国内外研究者的广泛关注。本文重点阐述了动力学抑制剂的可承受最大过冷度和对诱导时间的延长这两个评价指标,同时梳理了动力学抑制剂对水合物生成及分解过程影响的研究成果。总体而言,可承受最大过冷度越大、延长诱导时间程度越强的动力学抑制剂,抑制水合物生成并保障流动安全的可靠性越高;动力学抑制剂对水合物生成与分解过程存在复杂的影响规律。本文将其对气体消耗速率、气体消耗量和形态,分解温度、时间和分解速率,"记忆效应"等影响进行了分析。结合上述研究成果,总结了动力学抑制剂对水合物的影响机理,特别是提出了化学型动力学抑制剂对水合物吸附抑制机理的概念示意图。最后,给出了未来深入开展动力学抑制剂研究的建议。

天然气凝析液管道水合物堵管风险研究

水合物的形成与堵塞问题是深海油气资源开发的主要风险之一,准确预测水合物堵管的概率是保障油气管线流动安全的基础。本文将基于可靠性的极限状态方法,引入水合物堵塞风险计算中,建立了基于水合物生成及凝析液流动特性的数学模型。综合考虑管道运行参数的不确定性,运用LHS和POD方法对堵塞风险的极限状态方程进行求解,实现了以概率形式定量描述天然气凝析液管道中水合物堵塞的风险,能够比较准确预测水合物堵管时间和堵管位置,为天然气凝析液管道防堵提供理论支持。

基于间断-均衡理论的中国疫苗监管政策变革研究——以长春长生疫苗案为例

近年来,疫苗安全事件引发了社会各界的普遍关注,同时也暴露出我国疫苗监管制度在实施过程中的缺失。2019年6月29日,十三届全国人大常委会第十一次会议表决通过了《中华人民共和国疫苗管理法》。此时,距2018年吉林长春长生公司问题疫苗案件的发生还不到一年。在厘清该案件的发展始终、危机引发的公众舆论情况以及政府回应情况的基础上,运用公共政策的间断-均衡理论,探索其中所体现的政策制定逻辑,可以得出推动政策变革的四个关键性因素,即焦点爆发与焦点融合、政策图景的负面化、政策场域的开放、党和政府的关注。

动力学抑制剂与乙二醇协同作用下甲烷水合物再生成

在500mL的高压反应釜中,实验研究了乙二醇(MEG)与动力学抑制剂PEO-co-VCap-1在细砂存在下对甲烷水合物再生成过程的协同抑制作用。实验过程中,控制MEG的质量分数范围为0~5%,PEO-co-VCap-1的质量分数范围为0~0.5%,形成4种的抑制剂配伍组合,进行了12组实验。实验结果表明,PEO-co-VCap-1在单独作用时,可以延缓水合物的成核阶段,但可能导致水合物在生长阶段短时间内大量生成的灾难性生长现象。其与MEG复配可在延缓水合物成核的同时,有效减少灾难性增长现象的出现,降低油气管输的堵管风险。当MEG质量分数为5%、PEO-co-VCap-1质量分数为0.5%时,协同抑制效应极为明显,可将甲烷水合物诱导期延长至2800min以上。MEG同PEO-co-VCap-1的协同抑制效果与提高温度的抑制作用相似。这一发现表明,如果在使用PEO-co-VCap-1的同时使用MEG等良好的增效剂,有助于动力学抑制剂用于更高的过冷度环境,为高效解决高过冷条件下油气生产中的水合物防控问题提供新的可能。

苏丹红7B染色剂对水合物生成分解动力学的影响

基于高压反应釜装置进行了一系列不同初始压力、不同过冷度条件下,添加染色剂/不加染色剂的水合物生成与分解实验,通过分析实验过程中体系压力、温度随时间的变化,研究了苏丹红7B染色剂对水合物生成结晶诱导期、水合物生成体积分数及气体消耗率的影响。结果表明:苏丹红7B对水合物生成与分解的动力学的影响,在不同的实验条件下,表现不一;在高过饱和度下,苏丹红7B对水合物生成与分解动力学的影响会减弱;在过冷度较高时,苏丹红7B对水合物生成与分解动力学表现出较大的影响,一方面促进水合物结晶诱导,另一方面又抑制水合物生长,还对水合物分解时间有延长的作用。经深入剖析油溶性染色剂苏丹红7B分子会随温度变化的溶解与析出,与乳化剂协同吸附或脱附,进而影响水合物生成/分解动力学的传质及颗粒行为。总之,本研究论证了在引入染色剂研究水合物生成分解规律时,应该优选对水合物动力学生成及分解没有影响或影响较少的染色剂物质。

分子动力学模拟中弛豫对甲烷水合物晶胞构型的影响

随着对气体水合物生长及分解微观机理研究的逐渐深入,水合物晶胞作为生长种子或分解前体结构,其弛豫平衡是获得稳定初始构型并开展分子模拟的重要环节。选取3×3×3 sⅠ型甲烷水合物晶胞,设定了不同弛豫方案,基于512笼数量、体系温度及分段密度数据,对弛豫结果进行了分析。研究表明:NVT系综弛豫有利于提高体系的结晶度,而NPT系综弛豫能加速水合物晶胞构型的形成;弛豫温度和压力的设定需综合考虑所选分子力场的相平衡条件及冰点。对于所研究体系,确定弛豫温度为250 K,弛豫压力为10 MPa,首先在NVT系综下弛豫100 ps,而后在NPT系综下弛豫100 ps,即可进行产生相模拟。

气液混输管道组分跟踪及相变量预测

气液混输过程中存在相间能量消耗、相间传质等现象,从而影响管内介质的流动状态和管道运行参数,气液相的组成也会不断变化。利用LedaFlow软件对某实际气液混输管道进行稳态模拟,对比分析物性表模型和组分跟踪模型得到的管道沿线参数模拟结果以验证组分跟踪法的可靠性,进而开展管道瞬态模拟,分析流体组成的变化规律并预测气液两相相变量。结果表明:该管道内流体沿程液化,气相摩尔流量下降,其瞬态流动过程为一个气相不断液化的过程;在稳态模拟中采用LedaFlow相平衡计算方式,即按照各相的流量占比与静止状态下的气液相分布相同的原则,可更为准确地确定流动过程中的相变量。研究成果可为气液混输管道中相变规律预测提供理论基础,提升气液混输管道流动安全评价的准确性。(图11,表2,参23)

流动体系油包水乳状液微观特性试验研究与定量表征

流动体系油包水乳状液的微观特性是研究乳化体系流变特性、析蜡特性及水合物生成特性的关键问题。基于高压水合物浆液流动环道,借助在线高倍粒度分析仪,研究了不同试验条件(含水率、流动剪切速率、水浴温度、初始压力)对油包水乳状液微观特性的影响规律。结果表明:含水率越小、剪切速率越大、温度越高、压力越低,油包水乳状液液滴粒径越小,分散越均匀,稳定性越好。综合温度、压力、流速、含水率、密度、黏度、表面张力、导热系数等参数对液滴粒径及分布规律的影响,建立了3种尺度范畴下油包水乳状液液滴平均尺寸及其分布比例的预测关系式,与试验数据对比验证可得,预测式的精度在±5%以内。研究结果可为深入开展流动体系水合物生成的动力学机理分析与模型预测,提供技术支持与重要依据。