天然气水合物摇摆釜系统设计与堵塞特性实验研究

发布时间：2020-09-29 11:21

　　天然气水合物是一种具有非化学计量性的、束缚有气体分子的笼型冰状固体化合物。因其具有高能量密度和低环境污染等优势,被视为21世纪最具商业开采前景的新型清洁能源。然而,随着海洋油气开采走向深水,输送管线可能存在水合物堵塞风险,从而造成生产中断,严重时甚至会带来巨大的经济损失和安全隐患。因此,管道水合物堵塞过程及堵塞抑制研究对深水油气田开发具有重要意义。为了开展天然气水合物管道堵塞特性实验研究,本文设计搭建了一套摇摆釜实验系统。该实验系统采用全可视耐压管作为釜主体,设计耐压7 MPa,通过伺服电机控制实现精准角度和频率的摇摆,能够实现模拟深水油气输运管道运行过程中水合物的生成与堵塞,通过温度、压力传感器监测釜内温压变化,获得相平衡特性。通过CCD摄像机实时观测水合物生长形态,同时,釜上留有抑制剂注入口,可以开展管道天然气水合物抑制剂评价实验,为管道水合物堵塞模型建立与抑制剂的评价提供设备基础和实验条件。进行了摇摆釜实验系统的调试与管道水合物堵塞特性实验研究。利用CCD摄像机观测到水合物生成、团聚并沉积的演变过程,该过程包括:初始结晶、水膜凝结、环壁生长、沉积硬化、以及水合物快速分解降压冰堵。不同含水率对比实验,结果表明:含水率在60%左右,水转化率达到最高。不同摇摆角度、摇摆频率多组对比实验,结果表明:随着摇摆角度的增大和摇摆速率的增加,会缩短诱导时间,但延长反应时间,而不会改变最终水转化率和水合物在液相中的体积分数。获得了不同亲疏水壁面条件水合物生成诱导时间t_a(t)、水转化率WC(%)以及水合物在液相中的体积分数?(%)等参数,定量分析了润湿特性对管道水合物生长堵塞的影响。结果表明:亲水界面对水合物生长速率有阻碍作用,但对水转化率(即水合物最终生成量)无明显影响;疏水界面不仅能够提高水合物生成速率,而且显著提高了水转化率,使水合物最终生成量增加。同时由于疏水界面使水合物难粘附于管壁面,不易出现管道堵塞现象。定量分析了不同浓度乙二醇(MEG)对管道水合物生长堵塞抑制作用的影响,初步确定了在管道初始压力4.5 MPa,温度8℃实验条件下,不造成水合物管道堵塞最小剂量范围:当质量分数超过0.2时,将很难生成水合物;当在0.1左右时,水合物呈絮状物非均匀分散在液相中,随液相流动;而当低于0.05时,仍然会发生堵塞现象。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE973
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 天然气水合物研究的现实意义
    1.2 混输管道水合物流动安全保障
        1.2.1 管道流动安全保障技术
        1.2.2 管道水合物堵塞防治措施
    1.3 混输管线水合物沉积堵塞研究进展
        1.3.1 流动过程中水合物沉积研究进展
        1.3.2 水合物生成装置调研研究
        1.3.3 亲疏水界面条件下水合物生成研究进展
    1.4 本文研究内容及技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
2 摇摆釜实验系统的搭建
    2.1 实验系统总体设计
    2.2 实验系统搭建
        2.2.1 主高压可视釜
        2.2.2 摇摆系统
        2.2.3 注气与注液系统
        2.2.4 数据采集和控制系统
    2.3 实验操作流程及实验材料
        2.3.1 实验操作流程
        2.3.2 实验材料
        2.3.3 实验测量装置误差分析
    2.4 本章小结
3 摇摆釜实验系统的调试与管道水合物堵塞特性实验研究
    3.1 实验系统中主要控制因素
    3.2 实验系统中水合物生长评价计算方法
        3.2.1 诱导时间的确定
        3.2.2 水转化率计算方法
    3.3 主要控制因素对系统水合物生长的影响
        3.3.1 含水率对水合物生长的影响
        3.3.2 摇摆频率对水合物生成因素的影响
    3.4 本章小结
4 管道水合物堵塞抑制实验研究
    4.1 亲疏水界面对管道水合物堵塞影响实验
        4.1.1 亲疏水表面处理
        4.1.2 实验结果与分析
    4.2 MEG对管道水合物堵塞抑制效果评价实验
        4.2.1 MEG对水合物生长抑制机理
        4.2.2 实验结果与分析
    4.3 本章小结
结论
参考文献
致谢

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