甲烷水合物生成和分解的X射线断层扫描试验研究

通过X-射线断层扫描系统(CT)开展甲烷水合物生成和分解试验研究,结果表明:CT可以清楚地描述甲烷水合物形成和分解过程.通过生成和分解的密度图像变化和CT数频率分布以及均方差变化,能够较好地理解甲烷水合物的生成和分解过程变化,同时CT数在生成和分解过程中的变化有助于准确地判断甲烷水合物的生成和分解的相平衡条件.

钻井液水合物分解抑制性评价试验方法研究

针对海域水合物地层钻井过程中,钻井液侵入会引起地层水合物分解,导致井壁失稳的问题,搭建了钻井液水合物分解抑制性评价试验装置,确定了评价试验步骤,分析了水合物生成、分解过程中温度、压力变化规律,并引入Peng-Robinson方程计算了水合物生成、分解过程中甲烷气体物质的量数,建立了平行性良好的水合物分解试验方法。试验结果表明,水合物生成过程中压力减小、温度升高,然后均趋于稳定;水合物分解过程中,由于钻井液注入导致压力升高出现水合物再生成拐点,随后温度升高、压力增大,然后均趋于稳定;通过预升温,消除了水合物再生成拐点干扰,提高了水合物分解抑制性评价试验的准确性;同时,多次重复试验表明水合物生成及分解过程中,反应釜温度、压力变化幅度较小,甲烷气体消耗量基本一致,具有较好的平行性和可重复性,满足水合物生成及分解试验要求,可用来评价钻井液的水合物分解抑制性能。

显微激光拉曼光谱原位观测甲烷水合物生成与分解的微观过程

采用显微激光拉曼光谱技术对高压透明毛细管中甲烷水合物的生成与分解的微观过程进行了原位观测,初步探讨了甲烷水合物笼型结构的变化规律。结果表明,甲烷水合物在生成过程中,甲烷分子的拉曼峰(2 917 cm-1)逐渐分裂为两个峰(2 905和2 915 cm-1),表明溶解态甲烷分子从单一的化学环境进入了两个有差异的化学环境中,这两个峰分别代表着水合物的大笼和小笼。同时,水的氢键作用由其液态向固态的转化而得到加强,使O—H键伸缩振动向低波数迁移。在甲烷水合物的分解过程中,大小笼中甲烷分子的拉曼双峰逐渐消解,并最终转化成单一的甲烷气体峰。显微激光拉曼光谱可以准确捕捉水合物生成与分解过程中其笼型结构变化的相关信息。

5A分子筛粉末对四氢呋喃水合物的生成及分解过程的影响

在低于0℃和常压下,将粉碎并筛分后的成型5A分子筛粉末加入四氢呋喃-水(二者质量比为19∶81)体系中,用显微镜观察5A分子筛粉末的存在对四氢呋喃水合物生成和分解过程的影响.结果表明,5A分子筛粉末能够促进四氢呋喃水合物的生成.5A分子筛粉末存在下,四氢呋喃水合物生成方式主要表现为两种,脉状生成和块状生成;同时5A分子筛粉末能够提高四氢呋喃水合物结晶所需要的温度,降低四氢呋喃水合物的分解温度;而且5A分子筛粉末粒径的大小及分布对四氢呋喃水合物生成及分解的特性也有很大影响.

气体水合物分解与生成技术应用研究进展

水合物技术应用可归纳为分解应用和生成应用,本文就这两大应用方向对水合物进行了分类综述。从水合物分解角度,阐述了天然气水合物资源勘探开发、管道水合物解堵、水合物抑制防控等技术应用的研究进展;从水合物分解的逆过程(生成)角度,阐述了水合物储气、二氧化碳捕获与封存、海水淡化、溶液提浓、污水处理、混合气体分离、蓄冷等应用技术。同时论文结合气体水合物发展历程,概括了气体水合物技术在诸多领域的应用,指出了水合物技术发展取得的诸多成果,也提出了新形势下水合物发展所面临的问题,希望能为今后水合物技术的发展带来一定指导。

混合致冷剂水合物晶体生成和分解过程研究

为了深入了解水合物的生长动力学机制,通过对混合致冷剂HCFC141b/HFC152a水合物晶体生成及分解过程的形态进行观测,从动力学和形态学方面验证了混合致冷剂水合物的性能互补特点。结果表明,混合致冷剂水合物与低压致冷剂HCFC141b水合物相比,其引导时间更短,生成速度更快。混合致冷剂HCFC141b/HFC152a水合物可在10℃融化,克服了高压致冷剂HFC152a水合物相变温度高的缺点,证明了混合致冷剂水合物较单一致冷剂水合物更适合作为蓄冷空调的储冷介质。

水合物生成和分解动力学研究现状

从微观动力学和宏观动力学的角度对水合物生成和分解动力学研究文献进行了分类、评述,着重点是水合物生成的微观机理和水合物晶体生长的宏观动力学.关于水合物生成的微观动力学,着重介绍3个比较完整的水合物生成机理以及相应的机理模型.关于水合物生成的宏观动力学,着重阐述加拿大Bishnoi实验室所取得的研究成果以及日本学者结合CO_2水合物处置法开展的CO_2水合物生成动力学研究工作.关于水合物分解,主要讨论水合物在受热、降压和抑制剂存在时的分解动力学.基于水合物生成和分解动力学的研究现状,指出了今后研究的8个重要方向.

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。

含盐体系二氧化碳水合物的生成与分解特性

在小型水合物反应装置上对含盐体系CO2水合物的相平衡特性进行了实验研究,并探讨盐度及pH值对CO2水合物的生成和分解特性的影响。结果表明,与纯水相比,含盐体系中CO2水合物的相平衡条件要求更高,CO2水合物的稳定存在区域缩小,且盐度越大越明显;盐类物质对CO2水合物的生成有抑制作用,增加了水合物的成核诱导时间,降低了水合物的生成量;pH值较高的含盐体系不利于CO2水合物的成核和生成;CO2水合物的分解速度随着温度的升高而增大,而盐度对水合物分解的影响并不明显。

基于电化学阻抗谱测试方法研究四氢呋喃水合物的生成和分解过程

含水合物沉积物的电学性质极为复杂且影响因素众多,目前所采用的电阻率参数尚不能充分刻画含水合物沉积物的电学特性。本文提出应用电化学阻抗谱法对四氢呋喃水合物的生成和分解过程进行测试,采用等效电路模型拟合阻抗谱,通过分析等效电路元件参数的变化规律研究水合物生成和分解过程的阻抗谱特征。研究发现:1四氢呋喃水溶液测试体系的电化学阻抗谱可用传荷与扩散共同控制的电极过程的等效电路进行拟合;2在降温、水合物生成前和生成后的过程中,电荷传递电阻和韦伯阻抗能够显著地反映以上三个过程的转换;3升温过程中各电路元件参数总体变化趋势与降温过程相反。研究表明电化学阻抗谱测试法是研究水合物的电学性质及其生成和分解过程动力学机理的一种有效方法,等效电路元件参数能够从不同的角度揭示水合物生成和分解过程的内在信息。

四丁基溴化铵水合物的生成-分解特性

对四丁基溴化铵(TBAB)水溶液与柴油形成的油包水乳状液中的水合物生成-分解特性进行实验研究,考察水合物的悬浮液混输。结果表明:四丁基溴化铵水溶液分散到柴油中形成油包水乳状液以后,相对于TBAB+水体系,生成水合物所需的温度降低,反应时间延长,能形成较稳定的水合物悬浮液;在相同的剪切速率下,TBAB水合物悬浮液的表观黏度明显大于对应的油包水乳状液的表观黏度,并且TBAB水合物颗粒体积分数越大,悬浮液的表观黏度越大,非牛顿流体的特性越明显;温度升高时,TBAB水合物在油包水乳状液中迅速分解,由固体颗粒融化成为液体,在此过程中对油包水乳状液具有明显的破乳作用,导致TBAB水合物在柴油中的悬浮液与水滴在柴油中形成的油包水乳状液的复合体系稳定性下降。

海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究进展

对国内外有关海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律方面的研究进行了详细调研,得到如下结论:天然气水合物的生成和分解条件在海底沉积物中与在井筒、管道中有明显不同,其主要原因是多孔介质中流体与孔隙壁面间的界面效应对海底沉积物中天然气水合物的形成条件会产生明显影响;在海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的数值模拟技术研究方面,研究者大都假设以天然气水合物作为盖层的成藏类型,借助常规油气藏数值模拟技术进行模拟研究;影响海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的因素很多,因此海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究必须借助试验模拟、数值模拟和现场测试相结合的综合方式进行。该调研成果可为今后天然气水合物经济有效开采技术方案选择和进行天然气水合物危害控制等提供参考。

基于微流控芯片的水合物生成和分解的综合实验设计

天然气水合物安全高效开采是我国天然气水合物资源利用面临的重大课题。基于天然气水合物资源开发技术,设计了一套基于微流控芯片的水合物开采实验模拟系统,搭建了沉积层低温高压条件下水合物生成和分解的实验台,实现微尺度下孔隙内水合物生成形态和赋存特性的可视化研究,探究水合物分解过程中的气水渗流特性,探明水合物分解主导机制和二次生成影响机理。可为水合物的安全高效开采提供重要的研究手段和理论依据。

深水气井测试条件下井筒水合物生成及浅层水合物分解的环空保护液导热系数

针对南海海域可能钻遇浅层水合物,且在深水井测试过程中井筒生成天然气水合物造成井筒堵塞的难题,从环空保护液的角度出发,以南海某深水气井为例,采用数值模拟方法,研究深水气井测试时不同产量下不同环空保护液导热系数对井筒生成水合物和浅层水合物分解的影响。结果表明:环空保护液导热系数越低,井筒生成水合物的临界测试产量越低,当环空保护液导热系数低至0.10 W/(m·℃)时,可满足产量5×10^(4)m^(3)/d,井筒内不生成水合物;随着环空保护液导热系数降低,井筒外缘温度随之降低,浅层水合物越不容易发生分解;现场测试产量下的井口温度与模拟结果误差均小于5%,验证了计算模型的可行性。

含砂搅拌体系甲烷水合物生成与分解实验研究

利用高压反应釜装置,在不同初始压力、砂粒粒径等条件下进行甲烷水合物的生成与分解实验,研究细质砂粒固相颗粒对甲烷水合物成核诱导时间、生成和分解等的影响规律。结果表明:砂粒能够促进甲烷水合物生长,体系初始压力越高,水合物生成速率越高;体系初始压力为7.2 MPa、砂粒粒径为2000目(6.5μm)时,水合物生成过程最稳定,且水合物生成量最多;在分解过程中,纯水体系和含砂体系的分解速率相当,只存在气体释放量的差异。进而得出结论:砂粒固体颗粒的存在会促进水合物生成,所以在水合物开采过程中,若工况满足水合物生成条件,水合物二次生成会更易发生,使得矿藏砂粒、水合物、天然气、海水在管道内的多相混输堵塞风险增加;含砂条件对水合物分解的影响作用不大,矿砂在水合物分解过程中对流动安全的影响有待深入研究。该研究成果为解决深水浅层水合物开采过程中的流动安全保障问题,提供了重要的理论基础和技术支撑。

全可视化双反应釜内甲烷水合物生成与分解特征研究

为明确甲烷水合物生成分解特征及其影响因素,设计并搭建了高压全透明双反应釜实验平台,以高纯度甲烷和去离子水作为研究对象,有无搅拌作为对比,进行甲烷水合物初次和二次生成分解实验。结果表明:水合物的生成可分为诱导、快速生成、缓慢生成、稳定4个阶段;搅拌对水合物的生成有较好的促进作用,在400 r/min的转速下,下釜比上釜多消耗甲烷量93.6%;同时,记忆效应更加明显,二次生成比初次生成诱导时间缩短了62.5%,消耗甲烷量增加了254.0%。该研究可为水合物的开发起到一定的指导作用。

纳米Fe3O4固载聚苯乙烯球对甲烷水合物生成与分解的影响

为了提高甲烷水合物合成反应中的传热效率,选取纳米Fe3O4作为导热材料,将不同量的纳米Fe3O4固载在聚苯乙烯球(PSNS)上,通过乳液聚合法制备了20%Fe3O4/PSNS和40%Fe3O4/PSNS两种新型聚苯乙烯球,并研究了PSNS,20%Fe3O4/PSNS,40%Fe3O4/PSNS三种聚苯乙烯溶液和十二烷基硫酸钠(SDS)对甲烷水合物生成与分解的影响。实验结果表明:三种聚苯乙烯溶液生成的水合物储气倍数和分解后甲烷回收率均高于SDS的100V/V,72.50%;对比三种聚苯乙烯溶液的促进效果发现,Fe3O4的存在明显缩短了水合物反应平衡时间,随着Fe3O4含量的增加,反应平衡时间由18 h缩短到9 h;Fe3O4提高了甲烷回收率,以20%Fe3O4/PSNS和40%Fe3O4/PSNS为促进剂时,水合物分解后甲烷回收率分别为92.15%,89.80%,都高于PSNS的85.00%。

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。

全可视化反应釜内二氧化碳水合物的生成分解特征

二氧化碳水合物封存技术已成为目前碳封存研究的热点。该技术中对于二氧化碳水合物的生成分解特征及其影响因素的研究是当前的重点和难点。本文设计了高压全透明双反应釜实验平台,以高纯度二氧化碳和去离子水作为研究对象,在17℃、7MPa的初始温压条件下,进行了二氧化碳水合物的初次和二次生成分解实验,并设置对照组对搅拌的影响进行了研究,而后与甲烷在相同条件下的实验进行对比。实验结果表明,搅拌会促进二氧化碳水合物的生成,在400r/min的转速条件下,缩短诱导时间可达40%,增大压降速率可达15%,形成更多且更致密厚实的水合物,并延缓了分解;多次生成可以减少水合物的诱导时间,但对于水合物生成的总量几乎没有影响。与甲烷水合物相比,二氧化碳水合物生成的量大且更难以分解,实验结果有利于二氧化碳的海洋水合物封存技术的开发应用。

流动体系水合物生成/分解特性研究综述

针对先前研究者的实验研究成果,从高压循环实验环道建设、流动体系水合物生成及浆液流动实验进展、水合物分解动力学模型及水合物分解实验研究等几个方面,归纳总结了当前阶段基于实验所取得的成果及实验进展,并对国内外研究者所开展的实验及建立的模型进行了对比及综述,最后对当前研究中存在的问题和不足提出了建议,以期为水合物技术的深入发展提供参考。