旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究

为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉(ALE)流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。

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。

含砂水合物浆液过节流装置数值模拟研究

气体水合物颗粒在油气开发、可燃冰开发的输送系统中形成后,若与从矿藏携带的砂粒在管路中一起流动,易于发生复杂的固相颗粒沉积问题,会严重影响安全生产。本文将计算流体力学和离散单元法相结合(CFD-DEM),分别应用FLUENT和EDEM软件,模拟了含砂水合物浆液通过弯管中节流装置的颗粒流动特性和堵塞规律。研究结果表明,随着体系中含砂量和砂粒径的增大、节流装置孔口径的减小,浆液流动的稳定性下降,在节流装置前颗粒的堆积更显著;随着入口流速的增加,流动的能耗虽会增加,但颗粒在节流装置前的堆积会显著下降。结论认为降低管路输送系统内砂粒的携带量和砂粒径,避免管路内出现较严重的节流,以较高的流速运行,有助于保障含砂水合物浆液的流动安全。