海洋天然气水合物流化开采井下旋流器设计
发布时间：2021-10-11 01:32
当今社会,能源紧缺和全球环境污染问题日益突出,清洁再生能源的探索成为能源研究的重要方向。天然气水合物以其高热值、环境危害小、矿藏丰富的优点成为未来最有希望的可替代能源。约99%的天然气水合物蕴藏在海底地层中,2014年,我国首次提出海洋天然气水合物固态流化开采技术,即通过海底破碎、实时除砂、密闭流化等过程获得可控的天然气水合物资源,其关键技术之一就是需实现水合物与砂混合浆体实时分离,并将砂回填。因此本文提出了一个适用于海洋天然气水合物开采的井下轴流式旋流器,以实现井下水合物混合浆体实时除砂回填,减少采出液含砂量,保护海底地层结构,同时降低管道输送能耗的目的。本研究采用实验和模拟的方法考察了公称直径100 mm轴流式旋流器的分离性能,主要探究了不同进口流量、进口固含量、颗粒粒径、排沙口比高度X/D、水出口比高度L/D对整个旋流器流场和分离性能的影响关系。主要得出如下结论:随流量升高,分离效率呈现先提高后降低的趋势,颗粒在旋流器中的停留时间大幅减少。颗粒分离存在最佳流量范围,对于大粒径颗粒,流量为7 m3/h时整体分离效率最佳,但对于更小粒径的颗粒,由于颗粒的受力情况更为复杂,则需要更大的...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１天然气水合物流态化开采过程??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ－ｈｙｄｒａｔｅ??１．２
第２页?华东理工大学硕士学位论文??术之一就是对破碎后的水合物混合浆体实时除砂，并将沙子回填海底，防止海底床层塌??陷，从而保证安全生产。??因此急需开发一种适用于海底井下狭窄空间的固液分离设备，以实现海底天然气水??合物开采的是是除砂回填。????＾?ｉｆＣ．?‘?．?，??ＩＩ??１１?海洋??净化后ｂ?水合物混合桨体??，＾＞＾＊＊＊＾??—?．一???图１．１天然气水合物流态化开采过程??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ－ｈｙｄｒａｔｅ??１．２水合物研宄现状??１．２．１水合物基本性质??水合物是由水分子包裹客分子（如ＣＨ４、Ｃ０２、Ｈ２Ｓ）而成，在外的水分子相互连??接形成空穴，客分子嵌入其中，其中水分子间由氢键连接在一起，而水、客两类分子则??由范德华力相关联［１９＇２＇?图１．２展示了具体的分子结构。目前超过９９％的水合物内嵌??的客分子为ＣＨ４。水合物分解过程发生如下反应：??Ｇ＋ｎＨ２０＝Ｇ?？?ｎＨ２０?（１－１）??式中，Ｇ为客分子，ｎ为水合物数，该反应为可逆反应。??ＱｑＱ?０Ｊ??ｗａｉｅｒＣ?ｒ?〇?Ｈ??，?Ｃ?＾?Ｑ??Ｍｅｔｈａｎｅ?０?Ｑ?〇??图１．２天然气水合物分子结构１２１１??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＮＧＨ??
第６页?华东理工大学硕士学位论文??＼?ｚ？天然气??从?＾???不透水层??ｑ３＾８Ｅ??图１．７?Ｃ０２置换法??Ｆｉｇ．?１．７?ＣＯ：?ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄ??表ｉ．ｉ天然气水合物开采方法一表览??Ｔａｂｌｅ?１．１?Ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?ｈｙｄｒａｔｅ?ｍｉｎｉｎｇ??开采方法?实施方法??降低开采管道中的压力，使水??降压开采法１ｗ＿３１１?合物稳定存在的温压平衡被破投入少、最为经济开采速度慢、效率低??坏，释放ｃｈ４??通过注入热水、微波、太阳能、??电磁加等方式，提升井下幵??热刺激法’１?高能耗’经济性差??米管道温度，进而促进水合物??的分解??＾?，?注入抑制剂对环境影??响大ｉ促进分解效??抑制剂注入法隅＝＝＝＝能量输＝设备投率能力有限，耗费较??合物＿?高，不适合大规模商??业化幵采??，Ｔ?．?．Ａ，ｒ?、消耗了＇温室气体??由于Ｃ０２水合物和天然气水合??ｃ〇２置换法Ｉ腳Ｉ翻平衡压不同，控制压力？?Ｄ不会ｃ〇２的收集、运雛??ｆ导１以将合物中度大、成本较高??軸发生的可能性??中国、加拿大、美国、日本等都己在相关海域完成了试采工程，如表１．２所示，降??压开采法为相对实际可行的方法，但安全生产、技术挑战等面临的问题不容忽视，如无??法有效控制分解过程，安全生产面临巨大挑战。周￣坤是出了深水浅层天然气水合物固态??流化绿色开采方法，即利用海底天然气水合物储层位置稳定的温压条件，采用一定的手??段将水合物破碎，密闭输送至海上平台进一步处理。该方法可有效防止开采过程中水合??物大量分解，避免引发安全生产事故。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋流分离对天然气水合物除砂提纯的影响[J]. 邱顺佐,王国荣,王广申,周守为,刘清友,钟林,王雷振. 过程工程学报. 2019(01)
[2]水力旋流器对海底天然气水合物混合浆体分离提纯[J]. 陈浩,吕斌,付来强,吴文科. 现代化工. 2017(01)
[3]天然气水合物资源勘探与试采技术研究现状与发展战略[J]. 付强,周守为,李清平. 中国工程科学. 2015(09)
[4]深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术[J]. 周守为,陈伟,李清平. 中国海上油气. 2014(05)
[5]气体水合物研究进展(英文)[J]. 孙长宇,李文志,杨新,李风光,袁青,穆亮,陈俊,刘蓓,陈光进. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011(01)
博士论文
[1]海洋天然气水合物降压开采潜力及力学稳定性数值模拟研究[D]. 袁益龙.吉林大学 2019
[2]钻采条件下南海水合物储层响应特性模拟研究[D]. 孙嘉鑫.中国地质大学 2018
硕士论文
[1]天然气水合物降压与注热联合开采数值模拟[D]. 王帅.太原理工大学 2018
[2]动态水力旋流器对天然气水合物浆体分离仿真研究[D]. 周弈辰.西南石油大学 2018
[3]一种新型高效轴向入口水力旋流器的设计及优化[D]. 袁友为.华中科技大学 2018
[4]水合物浆体螺旋管多相流动及分离研究[D]. 代茂林.西南石油大学 2017
[5]基于水力旋流器对天然气水合物海底多相分离数值模拟研究[D]. 吕斌.西南石油大学 2017
[6]天然气水合物藏数值模拟及开采方法研究[D]. 夏志增.中国石油大学(华东) 2016
[7]轴流式旋流器入口结构优选及分离性能研究[D]. 王华宇.东北石油大学 2014
本文编号：3429532
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１天然气水合物流态化开采过程??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ－ｈｙｄｒａｔｅ??１．２
第２页?华东理工大学硕士学位论文??术之一就是对破碎后的水合物混合浆体实时除砂，并将沙子回填海底，防止海底床层塌??陷，从而保证安全生产。??因此急需开发一种适用于海底井下狭窄空间的固液分离设备，以实现海底天然气水??合物开采的是是除砂回填。????＾?ｉｆＣ．?‘?．?，??ＩＩ??１１?海洋??净化后ｂ?水合物混合桨体??，＾＞＾＊＊＊＾??—?．一???图１．１天然气水合物流态化开采过程??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ－ｈｙｄｒａｔｅ??１．２水合物研宄现状??１．２．１水合物基本性质??水合物是由水分子包裹客分子（如ＣＨ４、Ｃ０２、Ｈ２Ｓ）而成，在外的水分子相互连??接形成空穴，客分子嵌入其中，其中水分子间由氢键连接在一起，而水、客两类分子则??由范德华力相关联［１９＇２＇?图１．２展示了具体的分子结构。目前超过９９％的水合物内嵌??的客分子为ＣＨ４。水合物分解过程发生如下反应：??Ｇ＋ｎＨ２０＝Ｇ?？?ｎＨ２０?（１－１）??式中，Ｇ为客分子，ｎ为水合物数，该反应为可逆反应。??ＱｑＱ?０Ｊ??ｗａｉｅｒＣ?ｒ?〇?Ｈ??，?Ｃ?＾?Ｑ??Ｍｅｔｈａｎｅ?０?Ｑ?〇??图１．２天然气水合物分子结构１２１１??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＮＧＨ??
第６页?华东理工大学硕士学位论文??＼?ｚ？天然气??从?＾???不透水层??ｑ３＾８Ｅ??图１．７?Ｃ０２置换法??Ｆｉｇ．?１．７?ＣＯ：?ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄ??表ｉ．ｉ天然气水合物开采方法一表览??Ｔａｂｌｅ?１．１?Ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?ｈｙｄｒａｔｅ?ｍｉｎｉｎｇ??开采方法?实施方法??降低开采管道中的压力，使水??降压开采法１ｗ＿３１１?合物稳定存在的温压平衡被破投入少、最为经济开采速度慢、效率低??坏，释放ｃｈ４??通过注入热水、微波、太阳能、??电磁加等方式，提升井下幵??热刺激法’１?高能耗’经济性差??米管道温度，进而促进水合物??的分解??＾?，?注入抑制剂对环境影??响大ｉ促进分解效??抑制剂注入法隅＝＝＝＝能量输＝设备投率能力有限，耗费较??合物＿?高，不适合大规模商??业化幵采??，Ｔ?．?．Ａ，ｒ?、消耗了＇温室气体??由于Ｃ０２水合物和天然气水合??ｃ〇２置换法Ｉ腳Ｉ翻平衡压不同，控制压力？?Ｄ不会ｃ〇２的收集、运雛??ｆ导１以将合物中度大、成本较高??軸发生的可能性??中国、加拿大、美国、日本等都己在相关海域完成了试采工程，如表１．２所示，降??压开采法为相对实际可行的方法，但安全生产、技术挑战等面临的问题不容忽视，如无??法有效控制分解过程，安全生产面临巨大挑战。周￣坤是出了深水浅层天然气水合物固态??流化绿色开采方法，即利用海底天然气水合物储层位置稳定的温压条件，采用一定的手??段将水合物破碎，密闭输送至海上平台进一步处理。该方法可有效防止开采过程中水合??物大量分解，避免引发安全生产事故。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋流分离对天然气水合物除砂提纯的影响[J]. 邱顺佐,王国荣,王广申,周守为,刘清友,钟林,王雷振. 过程工程学报. 2019(01)
[2]水力旋流器对海底天然气水合物混合浆体分离提纯[J]. 陈浩,吕斌,付来强,吴文科. 现代化工. 2017(01)
[3]天然气水合物资源勘探与试采技术研究现状与发展战略[J]. 付强,周守为,李清平. 中国工程科学. 2015(09)
[4]深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术[J]. 周守为,陈伟,李清平. 中国海上油气. 2014(05)
[5]气体水合物研究进展(英文)[J]. 孙长宇,李文志,杨新,李风光,袁青,穆亮,陈俊,刘蓓,陈光进. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2011(01)
博士论文
[1]海洋天然气水合物降压开采潜力及力学稳定性数值模拟研究[D]. 袁益龙.吉林大学 2019
[2]钻采条件下南海水合物储层响应特性模拟研究[D]. 孙嘉鑫.中国地质大学 2018
硕士论文
[1]天然气水合物降压与注热联合开采数值模拟[D]. 王帅.太原理工大学 2018
[2]动态水力旋流器对天然气水合物浆体分离仿真研究[D]. 周弈辰.西南石油大学 2018
[3]一种新型高效轴向入口水力旋流器的设计及优化[D]. 袁友为.华中科技大学 2018
[4]水合物浆体螺旋管多相流动及分离研究[D]. 代茂林.西南石油大学 2017
[5]基于水力旋流器对天然气水合物海底多相分离数值模拟研究[D]. 吕斌.西南石油大学 2017
[6]天然气水合物藏数值模拟及开采方法研究[D]. 夏志增.中国石油大学(华东) 2016
[7]轴流式旋流器入口结构优选及分离性能研究[D]. 王华宇.东北石油大学 2014
本文编号：3429532
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3429532.html
