卵磷脂对sⅠ型甲烷水合物晶体分解的抑制作用分子动力学模拟

海洋天然气水合物层钻进过程中有效抑制水合物分解是确保安全钻进的重要保障,化学稳定剂可防止水合物分解,但目前缺少作用机理方面的研究报道。利用分子动力学模拟技术模拟了NVT系综,277 K条件下卵磷脂和PVP在sⅠ型水合物表面的吸附特征,对比了两者在单分子吸附和多分子共同吸附条件下平衡态的构象、吸附能和分子间作用能,结果表明:卵磷脂-水合物体系总势能更低,结构更稳定;卵磷脂分子吸附在水合物晶体时会与其附近的其他卵磷脂分子相互作用,碳链之间相互交叉缠结形成比较稳固的网状结构,阻止分解的水和气体分子扩散,从而起到稳定水合物的作用。本文研究结果对研发新型钻井液用水合物稳定剂、提高水合物地层钻井安全性有重要的参考意义。

不同压力下Ⅰ型甲烷水合物拉曼光谱

本文描述了合成的Ⅰ型甲烷水合物高压下拉曼光谱测定结果。甲烷水合物用细粒冰和甲烷气在温度0℃～9℃和压力18MPa下历时2天合成,在金刚石压腔里进行了原位的显微观察和拉曼光谱测定。一组温度25℃和压力范围132～901MPa下的拉曼光谱数据显示,样品的光谱呈左高右低的双峰结构,左谱峰位置范围为2904.4～2907.2cm^(-1),右谱峰位置范围为2915～2922cm^(-1),谱峰位置随压力变化,典型光谱的左右谱峰强度比近似为3:1,系典型的Ⅰ型结构特征;这说明甲烷水合物在较高压力下也能保持Ⅰ型结构。作为比较,甲烷气和溶解水中的甲烷的拉曼光谱也进行了测定,它们的拉曼光谱特征与Ⅰ型甲烷水合物的明显不同。

纤维素纳米晶对甲烷水合物生成影响

油气管道输送过程中水合物的防治已成为流动安全保障技术的关键课题。文中研究了纳米晶纤维素(CNC)对甲烷气体水化浆体宏观结构的影响,测量了在5 MPa的初始压力和274.2 K的初始温度下,10 h内的动力学参数的变化。将水合物聚结现象与生成机理结合,对新生成水合物浆液进行动力学分析,同时从化学结构的角度研究了相变体系出现孔隙结构的变化。结果表明,在0.1%-0.3%质量分数范围内,颗粒质量分数每升高0.1%,诱导时间分别延长了17 min和74 min,最高延长了188%。CNC存在时,水合物浆体内存在大量球状孔隙,使Ⅰ型水合物的生成具有网状结构。这些变化与反应时间内测量的诱导时间变化相对应。

基于分子动力学模拟的天然气水合物空蚀作用规律

固态流化法开采天然气水合物(以下简称水合物)过程中,空化射流对水合物软质泥沙具有很强的破坏作用,然而,目前针对水合物的空蚀作用规律尚不明晰。为此,基于Ⅰ型水合物的晶体架构建立了水合物空蚀破坏模型,采用分子动力学模拟软件Materials Studio建立不同微观赋存环境下的水合物模型,分析了空泡近壁溃灭形成的空蚀微环境对水合物分解的作用规律,并将其与常规降压开采法下的水合物分解过程进行对比,进而研究了不同空蚀微环境和微观赋存环境对水合物分解的影响。研究结果表明:①空蚀微环境能够有效加快水合物的分解,模拟条件下分解速率可达常规降压开采法的22.5倍;②空蚀微环境温度的升高对水合物空蚀分解起正向促进作用,作用效果较压力更为显著;③空蚀微环境在低温高压情况时会抑制水合物的分解,特定温度下存在分解速率最快的冲击压力值;④不同微观赋存环境下水合物的分解特征不同,水环境下的水合物分解效果优于甲烷气体环境,但空蚀作用能降低该影响。结论认为:基于分子动力学的水合物空蚀作用研究成果,能够为空化效应在开发水合物过程中的应用提供理论支撑和技术支持。