天然气水合物试采多相输送的弯管段防护研究

天然气水合物浆液中混杂的泥砂颗粒在低流速管段容易产生堆积阻塞,在高流速管段经常发生冲蚀磨损,目前国内外针对以液体为连续相流动的气液固多相流冲蚀研究较少。为此,以欧拉(Euler)气泡流模型与离散相模型(DPM)耦合的多相流数学模型为理论基础,对多相流中气液相间分布及管壁冲蚀磨损进行了数值模拟,开展了冲蚀磨损试验并提出耐磨防护方案。研究结果表明:可以从减弱弯管段湍流剪切作用、颗粒对弯管内壁的直接碰撞及减少动能传递进行防护设计;15°楔形垫层对应的最大冲蚀速率减幅74.55%,在1.0~2.2 m/s的流速范围内防护效果更明显;陶瓷涂垫层防护对冲蚀-腐蚀交互作用有明显的抑制效果。研究结论可为管道输送工程防护措施的制定提供技术参考。

湿天然气管道螺旋流水合物浆液安全输送研究

研究了天然气水合物浆液在气液两相螺旋管流中流动特性,分析了以气相为连续相、水合物颗粒为离散相的气固两相螺旋流的流动机理,通过对水合物颗粒受力分析和运动分析,结合螺旋流旋涡结构演化规律,推导出水合物颗粒平动、转动的判断条件,给出了颗粒各种受力的关联式,建立螺旋管流水合物颗粒运动模型,探讨了水合物颗粒的动力学行为。分析水合物浆液流动特性得到临界速度1即水合物浆液从固定床流动向悬浮流转化速度以及临界速度2即水合物浆液从移动床流动向固定床转化速度,为水合物浆液稳定流动提供了理论判据。

水合物法天然气管道输送的实验研究

随着海洋油气开发向深海进军,海底油气混输管线受困于天然气水合物堵塞问题。天然气水合物浆液管道输送技术是保障深水油气田开发的新工艺,而研究天然气水合物浆液的流动特性则是实现上述管输新技术大规模工业应用的重要基础。为此,自行设计了一套模拟海底油气管道天然气水合物生成及其浆体流动的实验装置,分析了模拟海底管道工况下天然气水合物的生成特点,推断出海底管道中天然气水合物生成大致经历乳状物→粒状物→团状物→云状物4个过程;测定了不同工况下天然气水合物生成的诱导时间和生成时间,发现随着反应压力增大,天然气水合物的诱导、生成时间逐渐缩短;比较了温度对天然气水合物生成的影响,发现随着温度升高,天然气水合物的诱导、生成时间均变长;研究了不同工况下的耗气量;初步探讨了海底管道中流动体系下天然气水合物的生成机理。该成果为海底管道以水合物法输送天然气提供了技术依据。

天然气水合物浆液流变性研究现状

综述了天然气水合物(NGH)浆液流变性能的研究现状,重点讨论了天然气水合物浆液的表观粘度与水合物固体分数、粒径、粒径分布、剪切率、压力、温度等之间的关系,认为粘度是浆液流变性能的主要标志。指出浆液的流变性能受多种因素的影响,其流变性对浆液的输送工艺具有非常重要的作用。

水力输送法开采海底浅层天然气水合物技术研究

海洋天然气水合物占全球水合物总储量的99%,海洋天然气水合物大部分沉积在海底浅层没有良好的覆盖层,无法采用开采传统油气资源的方法进行开采。为了开采海底浅层天然气水合物,分析了海洋天然气水合物的存在类型及地质特征,探讨了目前开采海洋天然气水合物的理论方法及局限性。根据海底天然气水合物成矿的地质特点及水合物的物理特性,提出了以水力输送技术为主要理论的海洋浅层天然气水合物开采方法。该方法克服了其他方法开采海底天然气水合物面临的技术困难,为海洋天然气水合物的开采提供了技术基础及理论支撑。

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。

天然气水合物浆液流动形态与流变性的研究进展

随着深海油气田的开发,天然气水合物浆技术成为油气混输的新技术。研究水合物浆液流变性及其深层次机理是推广水合物浆技术应用的基础。水合物的形成需要经过成核→长大→稳定的过程,在形成水合物的整个过程中其宏观形态会出现显著改变。系统综述了天然气水合物浆液流变性的研究现状,分析了水合物浆液的宏观流变性、微观流变性及其影响因素。水合物浆液流变特性主要受到水合物含量、剪切率、粒径、乳化液的稳定性、压力及温度等因素的影响,但其真实的影响规律未得到统一结论。总结了现阶段水合物浆液流变性研究存在的缺陷及未来需要重点研究的方向。

利用水合物实现天然气的固态输送

指出用水合物作为天然气储运的新方法,具有安全可靠、费用低的优势,可以替代天然气储运的常规方法(管道法和液化天然气法),特别适用于海上及陆地偏远小气田的开发。对天然气4种运输形式的成本进行了比较,结果表明利用固态天然气水合物输送时成本最低。提出了利用水合物实现工业化天然气固态输送过程中一些尚待解决的技术问题。

船载天然气水合物的输送及其经济性

目前大部分天然气是通过高压管道或LNG的方式来输送,这两种方法的初期投资和运营费用都很高。文章提出以天然气水合物(NGH)球的形式来输送天然气,并讨论了船运NGH的流程及其可行性。定性地比较了NGH输运方式与LNG输运方式的经济性。在年天然气输送量为40万吨以下、输送距离为3000海里范围内,NGH船输送方式比LNG输送方式有一定的经济优势。考虑到NGH和LNG生产制造过程和再气化过程的费用,NGH输送方式的经济优势将更为明显。

天然气水合物输送管道的压力损失规律

为了研究海底天然气水合物绞吸式开采水力输送系统中管径、流速、体积分数和颗粒粒径对输送系统压力损失的影响规律,确定各参数的合理选择范围;建立输送管道三维流场模型,采用控制变量的方法,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对输送管道内固液两相流场进行仿真分析。研究结果表明:输送系统压力损失梯度随管径的增大而减小;当管径增大到0.4 m时,继续增大管径对压力损失梯度影响越来越小;压力损失梯度随浆体流速的增大先减小后增大,存在1个最优流速,在2.5～4.0 m/s之间,且颗粒粒径和体积分数越大,对应的最优流速就越大,压力损失梯度随体积分数的增大呈线性增大;压力损失梯度随着颗粒粒径增大而增大,但增大幅度很小。

天然气水合物浆液摩阻的实验研究

随着海洋油气开发向着深海进军,为了防止发生从海底井口到生产平台的多相混输管道天然气水合物堵塞,传统天然气水合物抑制方法将会大大增加开采成本,而以天然气水合物浆液形式进行输送已成为深海油气输送的一种新方法。为此,在天然气水合物壳模型的基础上开发了HyFlow软件,在水—柴油体系的天然气水合物浆液环路实验中,计算了天然气水合物颗粒的粒径,得到了天然气水合物浆液中颗粒大小与含水率的关系,讨论了不同含水率下最大填充系数的确定,分析了颗粒大小对天然气水合物浆液摩阻系数的影响。结果发现:当含水率在15%～25%时,天然气水合物颗粒的表观直径为0.974mm,而摩阻系数约为0.22。此研究结果为模拟计算天然气水合物浆液的流动提供了实验依据,也为正确设计和布置混输管线的工艺流程奠定了基础。

天然气水合物的研究和固态输送

天然气作为一种新的能源,越来越受到人们关注.天然气水合物作为天然气储运的新方法,比液化天然气具有可靠、安全、费用低的优势.本文就天然气水合物的生成条件以及水合物运输所具有的优势条件进行了介绍.

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。

利用水合物实现天然气的固态输送

介绍了天然气水合物的结构、性质及生成条件,讨论了天然气水合物作为一种高度压缩的固态天然气在输气中的应用。对天然气四种运输形式的成本进行了比较,结果表明,利用天然气水合物进行固态输送时成本最低。认为天然气的这种输送方式是输气工艺的新方向,具有广阔的应用前景。提出了利用水合物进行天然气固态输送在实现工业化过程中一些尚待解决的技术问题。

海底天然气水合物绞吸式开采方法研究

根据海底天然气水合物藏特点,结合绞吸式挖泥船工作原理和大洋多金属结核开采技术,提出了一种全新的绞吸式海底天然气水合物开采方法,克服了海底天然气水合物开采依赖构筑封闭开采环境的技术瓶颈;然后根据管道输送原理和两相流理论,对绞吸式开采方法的提升系统进行了水力参数分析。由分析结果可知,将体积浓度为15%~25%天然气水合物流体从1 000 m海底提升到海面所需泵的扬程为30~50 m;将体积浓度为10%~20%天然气水合物流体从4 000 m海底提升到海面所需扬程为90~150 m,现有的矿浆泵就能满足要求;由于天然气水合物和海底沉积物硬度较低,并且其混合流体的密度与海水密度相差不大,采用矿浆泵进行直接输送其对泵的磨损不会严重,能保证系统长期稳定的工作,证明了该开采方法在理论上是可行的。

气体水合物储存天然气技术

利用气体水合物储运天然气是目前世界上正在研究和开发的一项新技术 ,它可以降低天然气储运的费用 ,提高天然气储运的经济性和安全性。气体水合物是一种包络状晶体化合物 ,在标准状况下 1m3的水合物可包含 1 50～ 1 80m3的天然气 ,其巨大的储气能力和相对温和的储气条件备受重视。水合物储运天然气除了储气量大外 ,在安全性方面还有其无比的优越性 :水合物不易燃烧 ,可防止燃烧和爆炸事故发生 ;储存压力相对较低 (4MPa左右 ) ;发生储罐破裂等方面事故时天然气泄露速度慢。研究了气体水合物形成过程中的影响因素 ,讨论了水合物储运天然气的研究方向和推广应用水合物储气技术需解决的问题。

海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验

天然气水合物是继页岩气、致密气、煤层气等之后潜力巨大的接替能源,国内外天然气水合物开采技术研究和试采工程以降压法为主,均借鉴常规油气开采工艺,由于试采时间短,回避了长期开采存在的环境安全、装备安全、生产安全以及工程地质等风险。为此,由西南石油大学、中国海洋石油集团有限公司、四川宏华石油设备有限公司等单位组成的联合项目组历经多年协同攻关,提出了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采原理,发明了基于该原理的模拟实验方法和技术,研制和开发了具有完全自主知识产权的全球首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统。基于上述实验系统,开展了与海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关的天然气水合物样品快速制备、高效破碎及管道输送等物理模拟实验,验证了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关理论模型的准确性,揭示了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采过程中关键参数的变化规律。该项研究成果为全球首次海洋天然气水合物固态流化试采的成功开展奠定了重要的基础。

微波作用下天然气水合物分解的研究及应用

介绍了微波和天然气水合物的作用的国内外实验研究进展 ,说明了微波对天然气水合物的分解有很大的促进作用 ,分析了用微波加热开采天然气水合物资源、解除天然气输送、开采过程中天然气形成水合物而造成的堵塞等应用的可行性 。

天然气水合物生成及分解的工艺流程设计

天然气水合物技术可显著降低天然气储运费用,提高天然气储运的经济性和安全性,受到了工业界的普遍重视,而设计研究高效的水合物生产工艺则是其工业化应用的基础。目前的天然气水合物工艺流程普遍存在着投资大、生产效率低、经济性差的缺点。为此,从水合物的基本组成出发,从降低能耗、优化水合物生成及分解的温度与压力、提高生成及分解的反应速率等方面对流程进行了设计:进入水合物反应釜前,水和天然气各自以一条支路流动;水从上支路泵入反应釜,而天然气则从下支路喷入反应釜;反应釜内温度控制为10℃,压力控制为5MPa。综合考虑了各种分解方法的优缺点,选用加注热水法作为水合物分解的激发方式。该流程是专为固态天然气储运技术而开发的,具有成本低廉,可以高效连续制备、分解固体天然气等优点。

天然气水合物堵塞预测技术研究

在输送未经矿场分离的天然气的过程中 ,由于压力和温度等外界环境因素的改变 ,常常生成大量的水合物 ,造成管线冻堵 ,严重影响天然气的正常生产。本文从统计热力学理论出发 ,结合VanderWaals—Platteeuw理想固体溶液假设 ,给出了水合物生成条件预测数学模型和计算方法。通过检验 :该模型在预测酸性气体水合物生成温度时的平均相对误差为 0 .33% ;对非酸性气体的偏差仅为0 .113% ,算例表明本模型计算方法简单 ,使用十分方便 ,具有较高的精度 ,能够满足工程要求。