天然气水合物颗粒间液桥力的理论研究

天然气水合物聚集堵塞管道是安全输气的一大威胁,而天然气水合物颗粒间的液桥力是决定天然气水合物颗粒聚集与否的主导力。为此,对天然气水合物颗粒间的液桥力进行了相关理论研究,明确了液桥力为静态液桥力和动态黏性力之和,进而分析了接触角、半填充角、颗粒表面间距、颗粒粒径对天然气水合物颗粒间液桥力的影响。结果表明:接触角、半填充角、颗粒表面间距的增加以及天然气水合物颗粒粒径减小都可以有效降低甚至消除天然气水合物颗粒间的液桥力;通过添加表面活性剂增大接触角、添加防聚剂控制天然气水合物颗粒粒径以及增大体系中的水含量来增大半填充角都是降低颗粒间液桥力、防止颗粒聚集的有效手段。同时,还研究了液桥力与液桥破裂能、液桥体积的关系,结论表明:在颗粒表面间距大于液桥临界破裂距离的1/10时,液桥力随液桥体积增大而增大,而液桥破裂能与液桥体积无关。

水合物颗粒间的静态液桥力

对于油包水型乳状液水合物生成体系,未参加反应的水滴与已生成的水合物颗粒接触时,水滴在水合物颗粒间以摆动液桥的形式存在,液桥力包括静态液桥力和动态黏性力。由于水合物颗粒的强亲水性,颗粒表面接触角较小,减小半填充角能降低液桥力,因此通过促进水滴的完全转化以减少自由水量,可达到降低液桥力的目的。当体系含水量较高时,半填充角较大,增加接触角能减小液桥力。表面间距、半填充角和接触角不变时,液桥力随粒径增大而增大,半填充角越大,液桥力也越大。液桥力随表面间距的增加而减小,超过一定分离距离后液桥失稳,液桥力消失。