陕北气田动力学型水合物抑制剂研究

实验研究了PVP,PCVap,VC-713,BCS及其复配物对抑制陕北气田天然气水合物生成的影响。发现抑制剂为单一组分时,PVP的综合性能最佳,抑制时间为800min。复配使用可大大提高性能,质量比为1∶1的PVP/VC3713组合抑制剂抑制时间达5800min,质量比为2∶1∶1的PVP/VC-713/BCS组合抑制剂抑制时间达14700min。PVP覆盖在水合物晶粒表面形成孔道较为疏松多孔膜,而VC-713形成膜的孔道更为致密,同时BCS分子进一步阻止水分子参与水合物笼的形成,三者共同作用增强了抑制能力。     

高压低温下水合物生成因素

目前的水合物抑制方法主要有除水法、加热法、降压控制法和添加化学抑制剂法,抑制剂的影响主要是考虑小于10 MPa和低温下水合物的生成情况。研究了高压(10 MPa以上)低温下水合物的生成因素,包括搅拌时机、LDHI(PVCap)对水合物生成的影响和过冷度、过冷时间对水合物抑制剂抑制效果的影响,并研究了不同浓度黄胞胶是否对水合物的生成具有抑制效果。实验发现,一直搅拌会使生成水合物的温度提高;PVCap可明显地降低生成水合物的温度,PVCap随过冷度降低抑制效果逐渐变差;搅拌前过冷时间越长,刚加速后初期的压力变化越快;0.5%黄胞胶对于水合物生成并无抑制效果。     

高持液率下抑制剂对天然气水合物生成与浆液流动的影响

搭建了一套高压可视流体环路，研究了在80%高持液率下NaCl溶液、动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）及其复配体系对天然气水合物的生成、浆液流动及形态变化的影响。实验结果表明，NaCl溶液对天然气水合物的初始成核速率具有很好的抑制作用，当NaCl含量为5%(w)时，水合物生成诱导时间比纯水体系延长了186%；随着NaCl含量的增加，生成的水合物量不断减少，浆液流动性增强；PVP可延长天然气水合物生成的诱导时间，仅0.025%(w)的PVP即可使诱导时间延长近50%;0.500%(w)PVP的抑制效果最佳，生成的水合物量最少；3%(w)NaCl溶液与PVP的复配体系对天然气水合物的生成速率具有显著的抑制作用，与纯PVP体系相比，在PVP含量为0.10%(w)时，水合物生成诱导时间延长了66.9%，固相分数减少了23.5%，水合物浆液呈细泥沙状，流动性较好。     

PVP动力学抑制剂对乙二醇防冻效果的影响

以聚N-乙烯基吡咯烷酮(PVP)为动力学抑制剂,通过高压反应釜压力指示法研究了PVP抑制天然气水合物生成的影响因素,通过与热力学抑制剂乙二醇的复配研究了二者的协同增效作用。实验结果表明,PVP含量为1.0%(w)时,其溶液体系生成水合物的诱导时间为785 min,远高于纯天然气水合物的诱导时间,体系压力在600 min内也未出现下降趋势。PVP同时具有动力学和热力学抑制剂的作用。凝析油的加入对PVP的抑制性能影响较小。PVP与热力学抑制剂乙二醇复配使用时最优的配方为1.0%(w)PVP+80%(w)乙二醇。在新疆油田某气井的现场应用评价表明,加入2%(w)的PVP后,系统的气气换热周期由42.67 h延长到163.50 h,节流后的平均温度由1.64℃降为-0.01℃。PVP能有效改善乙二醇的防冻效果。     

基于PVP改性的水合物抑制剂的合成与应用

在聚乙烯基吡络烷酮(PVP)的基础上合成了两种低剂量水合物动力学抑制剂羧基改性的聚乙烯基吡络烷酮(PVPCOOH)和氨基改性的聚乙烯基吡络烷酮(PVPNH_2)。采用FTIR,13C NMR,XPS,GPC等方法对合成的PVPCOOH和PVPNH_2进行表征。在蓝宝石高压定容反应釜中研究了PVPCOOH和PVPNH_2对甲烷水合物生成过程的影响,并与动力学抑制剂PVP进行了比较;同时考察了PVPCOOH和PVPNH_2含量和过冷度对其抑制效果的影响,并对PVPCOOH和PVPNH_2的抑制机理进行了分析。表征结果显示,合成的两种物质PVPNH_2和PVPCOOH分别为氨基改性的PVP和羧基改性的PVP;根据13C NMR谱图计算出PVPCOOH和PVPNH_2的纯度均大于99%;PVPNH_2,PVPCOOH,PVP三者的相对分子质量分布均较集中。实验结果表明,PVPCOOH和PVPNH_2比PVP的水溶性好;PVPCOOH跟PVP的抑制效果相当,但PVPNH_2比PVP的抑制效果差;PVPCOOH和PVPNH_2的浓度对最大过冷度的测定无明显影响。     

新型天然气水合物动力学抑制剂评价及应用

在天然气开采及储运过程中,天然气水合物会导致井筒堵塞、气井停产、管道停输等严重事故。为有效防止天然气水合物在设备和管道中生成,常需添加水合物抑制剂。通过筛选合成,研制了一种既经济又安全环保的新型动力学天然气水合物抑制剂。实验采用自制设备,探讨了系统压力、过冷度、抑制剂浓度、凝析油、甲醇等对水合物生成动力学的影响,以及不同浓度下新型抑制剂的抑制水合物生成效果。结果表明：新型抑制剂最佳抑制浓度为1.5%,在一定过冷度下,系统压力越高,抑制效果越差;一定压力下,过冷度越大,抑制效果越差;少量凝析油对抑制性能影响不大;甲醇使其过冷度大大提高;气体流动易使水合物的生成加快,降低了水合物生成过冷度。新型抑制剂在现场试验中,采用合理的加注工艺能有效控制水合物堵塞,为气井生产中防治水合物的产生提供了技术支持。     

聚乙烯基己内酰胺抑制甲烷水合物的实验研究

研发水合物动力学抑制剂（KHI）部分替代传统的热力学抑制剂是近年来国内外水合物研究的热点之一。聚乙烯基己内酰胺（PVCap）是目前最佳的KHI主剂之一。研究其水合物抑制机理、效果、实验评价方法、配方及现场应用条件具有重要意义。为此，利用高压搅拌式实验仪对聚乙烯基己内酰胺（聚醚类作助剂）对甲烷水合物生成的抑制性能进行了实验研究。结果表明：PVCap具有较好的水合物抑制效果，在低剂量（有效质量分数小于3%）时，浓度越大其抑制效果越好。同时研究了流动条件（搅拌速率）对实验结果的影响，发现在不同的搅拌速率下，抑制剂的抑制效果大不相同。另外发现，过冷度越低抑制时间越长，但过冷度超过10 ℃后，PVCap的水合物抑制效果就变得不明显。     

胺基聚醇AP-1和有机硅抑制剂GWJ及其复合剂对水合物生成的影响

利用自制装置,模拟深水钻井中的温度和压力,考察不同含量的胺基聚醇AP-1、有机硅抑制剂GWJ和胺基聚醇AP-1与有机硅抑制剂GWJ的复合剂对钻井液中水合物生成的影响。实验结果表明,当胺基聚醇AP-1含量为0.5%(w)时促进水合物的生成;当胺基聚醇AP-1含量为1.0%(w)或2.0%(w)时则抑制水合物的生成,且随胺基聚醇AP-1含量的增加,其对水合物生成的抑制作用增强;当有机硅抑制剂GWJ含量为2.0%(w)时促进水合物的生成,水合物生成速率随有机硅抑制剂GWJ含量的增加而降低;在初始压力7 MPa、初始温度4℃时,当添加胺基聚醇AP-1含量为2.0%(w)和有机硅抑制剂GWJ含量为2.0%(w)的复合剂时,水合物生成的诱导时间为580 min,有效抑制了水合物的生成。     

含低剂量抑制剂的四氢呋喃水合物生成过程

在-5℃以下和常压条件下,以四氢呋喃(THF)水溶液(THF与水质量比为21∶79)为基础,采用金相显微镜研究了THF水合物的生成过程。实验结果表明,含有0.5%(w)抑制剂VC-713时,在9.4℃过冷度下需要温度突降才能激发生成THF水合物;THF水合物生成时先呈条状或枝状晶枝,之后水合物在晶枝之间填充,最终在观察区域内THF水合物呈絮状;实验条件下THF水合物形成迅速,在75 s内全部生成;随着过冷度和晶核的增加,初期生成THF水合物的反应速率较慢,随后反应速率迅速加快;不含抑制剂VC-713时,THF水合物可在9.4℃过冷度下迅速生成,水合物晶枝出现后,迅速以已有晶枝为中心扩展至整个观察区域。     

化学类添加剂抑制天然气水合物形成的实验研究

在高压搅拌式定容反应釜中对几种单组分化学添加剂及组合型化学添加剂抑制天然气水合物形成的影响进行了实验研究,同时与动力学抑制剂PVP（聚乙烯吡咯烷酮）及inhibex501（乙烯基己内酰胺与乙烯基吡咯烷酮的共聚物溶于2-丁氧基乙醇）的抑制性能进行了对比。结果表明。单组分化学添加剂对天然气水合物的生成具有一定的抑制作用,而组合型化学添加剂抑制天然气水合物生成的时间大大延长,与动力学抑制剂PVP和inhibex501相比,在抑制期内组合型化学添加剂体系中天然气水合物平均生成速率大大降低,抑制效果优于动力学抑制剂PVP和inhibex501。     

亲水性氨基酸抑制四氢呋喃水合物形成的动力学机理

亲水性氨基酸作为新型天然气水合物(以下简称水合物)抑制剂是国内外相关研究的热点,但其对水合物形成影响的内在机制目前尚不明确,并且对于其与其他水合物动力学抑制剂(KHIs)复配的协同抑制机理的认识仍存在着较大的争议。为此,基于四氢呋喃(THF)水合物的形成模拟实验,厘清了甘氨酸、L-精氨酸及其与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复配对水合物形成的影响规律,并结合多种实验方法揭示了其内在机理。研究结果表明:①甘氨酸对水分子具有较强的扰动作用,使其对水合物的形成具有较强的抑制性,添加量为1.0%时抑制效果为最佳;②L-精氨酸对水分子具有较强的束缚作用,使其对水合物的形成具有较强的抑制性,在较低添加量的范围内,其对水合物形成的抑制性随添加量的增大而逐渐增强;③亲水性氨基酸与PVP复配对水合物的形成具有协同抑制作用,当抑制剂添加总量为1.0%时,甘氨酸与PVP K90复配的协同抑制能力更强。结论认为,该研究成果为新型水合物抑制剂的研发提供了实验数据和理论基础。     

膨胀计法评价不同温度下苯乙烯精馏阻聚剂

利用膨胀计法分别对对苯二酚(HQ)、对叔丁基邻苯二酚(TBC)、4,6-二硝基-2-仲丁基苯酚(DNBP)、高效阻聚剂(PI-70)及其复配阻聚剂对苯乙烯的阻聚效果进行评价。在60,80℃时,考察了单组分阻聚剂和复配阻聚剂的阻聚效果。实验结果表明,60℃时,DNBP和PI-70对苯乙烯的阻聚效果较好,阻聚的有效时间都达到400min以上;60℃时m(TBC)∶m(DNBP)=1∶3和m(TBC)∶m(PI-70)=1∶3复配对苯乙烯的阻聚效果最佳,阻聚时间接近600min;80℃时DNBP对苯乙烯的阻聚效果较好,阻聚的有效时间为250min;80℃时m(DNBP)∶m(PI-70)=1∶1复配对苯乙烯的阻聚效果最佳,阻聚时间接近500min。     

FeCl_3/PVP胶体催化水合肼还原硝基苯

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,采用水热合成法制备了FeCl3/PVP胶体催化剂,通过XRD和TEM方法对催化剂的形貌与结构进行了表征;考察了催化剂的制备条件(水热时间、PVP与FeCl3的摩尔比)和反应条件(反应温度、水合肼用量和催化剂用量)对还原反应的影响。实验结果表明,在PVP与FeCl3摩尔比1∶40、100℃下水热2h制得的胶体稳定性好、分散度高,其胶粒呈70～90nm的棒状结构。该胶体催化剂在催化水合肼还原硝基苯的反应中表现出很高的催化活性,在反应温度80℃、反应时间80min、硝基苯用量4.89mmol、无水乙醇用量5mL、FeCl3/PVP胶体催化剂用量2.0mL(nFe=0.150 0mmol)、n(水合肼)∶n(硝基苯)=2.5的条件下,苯胺收率可达100%。     

喷雾反应器对生成甲烷水合物影响研究

对喷雾制备甲烷水合物进行实验研究,考察制备水合物的工艺过程和特点,分析喷嘴喷雾角、气液空间体积比等影响因素,探讨甲烷水合物的生长机理。实验表明:采用实心45°喷雾角的喷嘴的雾化效果最好,反应容器最佳气液相空间体积比约为1∶1;甲烷气体消耗量随着过冷度的增大而增大,而且水合物晶体生长形态差异明显;系统水过冷度作为甲烷水合物生长驱动力,拟合出甲烷水合物生长速率与过冷度的关系式。     

液晶显示器衬垫用大粒径单分散性交联聚苯乙烯微球的制备

以苯乙烯(St)为单体、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、二乙烯基苯(DVB)为交联剂,考察了它们的含量和分散介质的极性对制备单分散性聚苯乙烯(MDPS)微球和单分散性DVB交联聚苯乙烯(MDDVBCPS)微球的影响。实验结果表明,在w(St)=15%～25%(基于聚合物系质量)、w(AIBN)=1.0%～3.0%(基于苯乙烯质量)、w(PVP)=4.0%～5.0%(基于苯乙烯质量)、m(乙醇)∶m(水)=95∶5～80∶20、75℃、24h的反应条件下,制备了平均粒径为3.58～8.03μm的MDPS微球;在w(St)=15%、w(DVB)=1.0%(基于苯乙烯质量)、w(AIBN)=5.0%、w(PVP)=15%、m(乙醇)∶m(水)=95∶5、75℃、24h的反应条件下,制备了平均粒径为6.60μm、分散系数为0.05的MDDVBCPS微球;St在无水乙醇介质中分散聚合时伴有溶液聚合现象,当w(St)≥30%、w(AIBN)>4.0%时,均可明显降低聚苯乙烯微球的单分散性。     

动力学抑制剂作用下天然气水合物生成过程的实验分析

通过实验分析动力学抑制剂作用下天然气水合物的生成动力学过程,可为动力学抑制剂的作用机理研究及新型抑制剂的研制提供可靠依据。为此,利用自行研制的水合物抑制性评价装置,模拟了3 000m深水钻井的井下动态环境(2℃,30MPa),对常用类型的动力学抑制剂进行了天然气水合物抑制性能评价实验,结合实验过程中压力—温度曲线以及温度、压力随时间的变化曲线,建立了钻井动态环境中天然气水合物生成动力学研究的分析方法,分析了深水钻井中动力学抑制剂作用下天然气水合物生成的动力学过程。结果表明,通过该方法可将天然气水合物的生成过程划分为水合物成核、水合物生长和水合物大量生成3个阶段,几种常用天然气水合物动力学抑制剂对水合物成核期的影响并不明显,但可有效抑制水合物的生长;以内酰胺基为关键作用基团的水合物动力学抑制剂主要通过吸附在水合物表面延缓水合物生长来发挥抑制作用,而其中共聚物类天然气水合物动力学抑制剂的抑制效果优于均聚物类天然气水合物动力学抑制剂。     

不同分子量聚乙烯吡咯烷酮对四氢呋喃水合物形成及生长的影响

聚乙烯吡咯烷酮(以下简称PVP)作为一种抑制能力较强、应用较成熟的水合物动力学抑制剂(以下简称KHIs),一直是国内外学者关注和研究的焦点,但对于不同分子量PVP对水合物形成的影响情况还存在着争议。为此,在常压、变温条件下进行了四氢呋喃(以下简称THF)水合物形成模拟实验,研究了相同加量条件下、不同分子量的PVP对THF水合物形成及生长的影响,并从宏观现象、介观结构和微观机制3个层面对影响机理进行了分析和探讨。结果表明:(1)对于THF水合物的形成,PVP的抑制能力随分子量的增大逐渐增强;(2)对于THF水合物的生长,PVP分子量介于8 000~58 000时,抑制效果较接近且相对较弱,但抑制作用稳定,PVP分子量介于270 000~1 500 000时,在THF水合物生长初始阶段PVP的抑制效果较好,但整个实验过程THF水合物形成的平均速率相对较快,且PVP分子量越大这一现象越明显;(3)PVP的存在增强了THF水合物聚集体的聚集强度。结论认为,该研究成果对于KHIs的研发和实际应用均具有较重要的参考价值。     

聚乙烯吡咯烷酮抑制水合物生成研究

对聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在4 ℃、8.27 MPa附近压力下对天然气水合物的抑制性能进行了实验，结果表明， PVP可以明显抑制水合物的生成，但不同分子量段的PVP有着不同的抑制效果：PVPK17因为分子量太小，几乎没有抑制作用；PVPK30有一定的抑制作用；而PVPK90则有着很好的抑制效果，能在实验条件下抑制1200 min没有水合物的生成。另外发现，不同浓度的PVP对天然气水合物的抑制效果也不相同：对于PVPK30，1%浓度比0.5%浓度的抑制效果好；而对于PVPK90，则1%浓度的抑制效果比0.5%和2%浓度的要好。