粉土中二氧化碳水合物分解过程的核磁试验研究

多孔介质中天然气水合物的相变条件及分解过程是研究水合物开采的核心问题.本文基于核磁共振技术探测了粉土中二氧化碳水合物分解过程中液态水的含量与分布并计算了水合物饱和度.实验结果表明在水合物分解过程中随着温度的升高小孔隙中的水合物先分解,随后大孔隙中的水合物开始分解;由分解过程中试样表面弛豫率并没有发生变化,可以排除水合物在土颗粒表面形成的现象,推断水合物应该赋存在粉土孔隙中间位置;粉土中二氧化碳水合物的相平衡条件为P-T-S_h空间中的一条曲线,代表了具体的试验路径;试验前后粉土T_2分布曲线变化较大,说明水合物生成与分解过程中试样微观结构发生了变化,主要表现为小孔隙体积变少,相应的大孔隙体积变多;在4°C时随着二氧化碳的消耗,水合物饱和度反而有轻微降低的现象,表明试验过程中水合物水合数变小.     

含甲烷水合物的玻璃珠渗透率实验与簇状等径颗粒模型

为研究天然气水合物对沉积物渗透率的影响,首先,利用含甲烷水合物的多孔介质渗透率测量实验装置,在BZ-02型玻璃珠(平均粒径为228.4μm)中生成甲烷水合物;其次,采用稳态注水法测量不同甲烷水合物饱和度下多孔介质的水相有效渗透率;最后,根据多孔介质堆积模式与水合物的生成形态,提出了簇状等径颗粒模型.研究结果表明:采用多...     

游离气作用下的渗漏型甲烷水合物形成

为了准确评估海洋水合物的资源潜力,必须研究水合物在沉积层里的形成过程。渗漏体系里往上运移的甲烷气(游离)、原位孔隙水(包括溶解气及溶解盐)与固体骨架共同作用,在动态相平衡条件下形成甲烷水合物并在孔隙里沉淀胶结,形成含水合物藏。游离气迁移能改变沉积层的地质属性,根据规律建立了多相流模型,并以南海北部为背景,以反应开始和结束两个时刻演绎了水合物形成过程中,孔隙毛细压力、渗透率、各相饱和度和盐度的联动变化关系,表明游离气含量是渗漏型水合物成藏的控制性因素之一。     

井筒和集输管线中水合物生成条件的预测

高压、低温条件下,天然气中含有一定的水分,在管道、井筒以及地层多孔介质孔隙中形成水合物,水合物的形成会造成巨大的危害。水合物的结构有I、II和H型,大多数水合物理论预测模型均在VanderWaals-Platteeuw模型的基础上发展起来的。在统计热力学理论基础上,推导的水合物相平衡理论模型,适用于井筒和地面集输多相管流中水合物生成条件的预测,适用于I、II和H型水合物的相平衡计算。实例证明,这种模型的计算精度能够满足现场的要求。     

含离子液体体系甲烷水合物形成特性实验研究

实验研究了新型水合物抑制剂1-己基-3-甲基咪唑氯盐对甲烷水合物形成的抑制作用。实验结果表明,1-己基-3-甲基咪唑氯盐水溶液中甲烷水合物分解相平衡压力随着温度的升高而增大。与纯水中甲烷水合物相平衡条件相比,添加离子液体使得甲烷水合物的相平衡边界向高压和低温方向偏移。     

考虑沉积物孔隙毛细效应影响的宏观相平衡模型

天然气水合物(以下简称水合物)的相平衡关系是水合物研究领域中的最基础的问题之一.沉积物的孔隙毛细效应对其中水合物的相平衡关系模型存在重要影响,应该在相平衡模型中进行考虑.本文对比分析了沉积物孔径大小分布特征对其非饱和状态下的气-水界面吸力和其中水合物相变过程中水合物-水界面吸力的影响机制,发现二者具有相似之处.据此,参考描述非饱和状态下沉积物的气-水界面吸力随水饱和度变化规律的V-G模型关系,建立了考虑相变过程中水合物-水界面吸力随水合物饱和度的变化规律的数学关系式.结合已有的van der Waals-Platteeuw热力学模型,建立了考虑沉积物毛细效应影响的宏观相平衡模型,并且给出了模型参数的确定方法.相比已有模型,该模型中的毛细效应势能项的参数不再涉及沉积物孔径大小等微观层面参数,而是通过有限的相平衡数据点来确定的宏观模型参数.最后,该模型预测了CH_4水合物和CO_2水合物在多孔介质中的相平衡条件,通过与试验数据点进行对比,说明该模型能有效预测沉积物中水合物的相平衡条件.     

不同分子量聚合物溶液在多孔介质中的渗流特性研究

通过岩心流动实验,探讨了部分水解聚丙烯酰胺溶液(HPAM)在多孔介质中流动时聚合物分子量和孔隙特征参数对流动行为的影响,得到了一组反映流动参数变化规律的关系曲线。结果表明,在消除黏度效应条件下,高分子量聚合物比低分子量聚合物降低水相渗透率的能力强;聚合物分子量越高,多孔介质渗透率越低,阻力系数和残余阻力系数越大,聚合物越早突破多孔介质;当平均孔隙半径与聚合物分子尺寸之比大于4时,多孔介质的孔隙通道一般不会发生聚合物堵塞.     

X射线断层扫描系统研究甲烷水合物形成和分解过程

通过X射线断层扫描系统可以清楚地描述甲烷水合物形成和分解过程.实验表明，甲烷水合物初期形成迅速但较为疏松，随着疏松空隙被逐渐填充，甲烷水合物逐渐达到密实状态，质量逐渐提高.当温度和压力条件超过相平衡条件后分解过程立即开始，并迅速分解.分解过程由密实状态迅速向疏松状态发展.甲烷水合物形成过程相对分解过程来说较为均匀，各向基本相同，有疏密差别.但分解过程有较大差异，靠近反应釜壁分解速度远大于中间，这一差异也恰好可以被用来作为甲烷水合物相平衡条件的测定.     

SDS促进剂对甲烷水合物蓄冷量的影响

甲烷水合物蓄冷量的确定是甲烷水合物蓄冷降温技术实现工业化的关键。为探究SDS对甲烷水合物蓄冷量的影响,根据Clausius-Clapeyron方程及三参数对应态原理,建立甲烷水合物蓄冷量的计算模型。利用可视化水合物蓄冷实验系统,结合定温压力搜索法测定四组不同SDS浓度体系下甲烷水合物的相平衡条件。依据实验数据和该模型计算得到不同体系、不同相平衡参数下甲烷水合物的蓄冷量。结果表明:甲烷水合物具有较高的蓄冷密度,蓄冷量达40~60 kJ/mol;甲烷水合物的蓄冷量不但与相平衡条件有关,还与SDS的添加浓度有关。相平衡温度越高、SDS添加浓度越高,甲烷气体生成水合物时蓄冷量越低。该研究为甲烷水合物蓄冷降温系统的研制提供了参考。     

甲基环己烷气体水合物相平衡数据测定与预测

利用恒温压力搜索法在273.60～290.62K温度范围内测量了甲烷和甲基环己烷体系水合物的形成条件,实验结果表明该体系的水合物(H型)相平衡压力比甲烷体系的水合物(Ⅰ型)相平衡压力低1.0MPa以上.根据Langmuir的等温吸附理论,给出了H型气体水合物相平衡计算数学模型.计算结果表明该模型可较好地预测实验体系水合物(H型)的形成条件.     

煤层气分子成泡的微观过程研究

运用化学理论对煤层气分子(主要成分为甲烷)在地层水的溶解和成泡过程进行了描述,对成泡过程的受力与做功进行分析,并结合生产实际讨论了温度、生产压差、地层水矿化度、压力降和孔隙介质的大小对甲烷分子成泡规律的影响.研究表明:甲烷分子在水中成泡包括甲烷分子在水中的溶解、局部聚集成核、成泡与气泡的破裂和气泡的生长与稳定4个过程.上覆压力越小,开发的压力降越大越有利于甲烷分子脱附后形成稳定的气泡;在煤层气开发初期,甲烷以扩散方式运移,低温和低矿化度有利于气泡的生成.     

含甲烷水合物沉积层渗透率特性实验与理论研究

含水合物沉积层的饱和度与渗透率关系研究,是深水油气及海洋水合物资源勘探开发的基础性工作.利用两种平均粒径分别为0.110和0.210mm的玻璃砂模拟沉积层环境,通过体积测量法确定其孔隙度分别为0.364和0.368.测量甲烷水合物在沉积层中渗透率随饱和度的变化,并将得到的结果与平行毛细管模型、Kozeny颗粒模型以及Masuda模型进行了比较.结果表明：模拟的沉积层可以近似认为是等径球体颗粒堆积物,其渗透率与孔隙度基本符合修正的Kozeny-Carman公式关系;沉积层中甲烷水合物的存在使其渗透率急剧下降;与多个模型比较后发现水合物占据孔隙中心的平行毛细管模型与实验结果吻合得较好,说明实验中甲烷水合物主要是在沉积层的孔隙中生成而不是对玻璃砂颗粒形成包络;甲烷水合物饱和度低于25%的沉积层渗透率与饱和度的关系成指数递减关系.     

考虑超孔压影响的海底能源土斜坡稳定性数值模拟和评价

水合物分解极易引起海底能源土出现超孔压现象,进而导致能源土变形,引发海底滑坡等地质灾害。本文基于热力学基本理论,并考虑水合物最终分解状态下的相态演变,以及水合物分解过程中海水对甲烷气体的溶解,修正了孔隙气体非逃逸的Grozic超孔压模型,并将修正模型应用到海底能源土斜坡稳定性分析中。研究结果表明：考虑甲烷气体在海水中的溶解,采用修正模型计算的超孔压值相比于原模型减小约26%;水合物分解过程中,相比土体强度参数软化这一不利因素,超孔压积聚对斜坡稳定性影响更为明显,因此在海底能源土斜坡稳定性分析中,必须考虑超孔压积聚这一不利因素。     

甲烷催化燃烧NOx排放特性的数值模拟

采用详细表面反应机理与气相反应机理GRI 3.0对甲烷-空气混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行二维数值模拟,讨论了不同甲烷浓度对NO_x排放量的影响,并对不同孔径内的浓度场、温度场与流场进行了研究。模拟结果表明：甲烷浓度的提高增加了反应器的排烟温度和NO_x排放量;孔道内径通过影响气相反应速率和催化反应速率改变了孔道内的温度场和速度场,进而影响了NO_x的生成;孔径的减小使得反应器的单位面积放热量和NO_x排放量均降低。以上结果可为优化催化反应器设计、降低其NO_x排放量提供参考。     

分子动力学模拟研究ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的影响

为了揭示ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的微观影响机理,通过分子动力学模拟方法研究了有/无ZIF-8颗粒体系中的甲烷水合物成核及生长过程。结果表明：ZIF-8颗粒的加入会影响甲烷水合物的成核及生长动力学,加速或减缓水合物的成核及生长过程。ZIF-8不同的加入量对水合物形成动力学亦有着不同的影响作用。其中,加入少量的ZIF-8颗粒可在不降低水溶液中甲烷过饱和度的情况下,通过加速甲烷分子在水溶液中的运移及水分子的组装行为,促进水合物前驱体及闭合笼状结构的形成,推动水合物的快速成核及生长。当加入的ZIF-8颗粒达到一定浓度时会在短时间内吸引更多的甲烷分子从水溶液中逃离出来并在其表面聚集成纳米气泡,致使水溶液中的甲烷浓度降低、水合物形成驱动力下降,最终导致水合物的形成过程被明显地抑制。     

Equilibrium PT curve of methane hydrates in the presence of AlCl<Subscript>3</Subscript>

Using an experimental transparent sapphire high-pressure cell,three-phase (methane hydrate AlCl3 solution methane )equilibrium conditions of methane hydrates in the aqueous solution containing AlCl3 have been investigated under conditions of temperature from 272.15 to 278.15K and pressure from 4.040 to 8.382 MPa ,It could be clearly verified that AlCl3 is of stronger inhibitive effect than that observed for other electrolytes,such as KCl,CaCl2 ,at the same mole fraction,The induction time of the methane hydrate fromation becomes longer when the water activity decreases with the increase of ion charge numbers.Methane hydrates tend to crystallize more easily with higher concentration (AlCl3 concentration of 18%) than lower one (AlCl3 concentration of 10%) in the same electriclyte solution ,An empirical exponential equation is presented to calculate the equilibrium temperature and pressure of methane hydrate stable occurrence ,and to correlate the measured data for aqueous AlCl3 solution .The results show that there was infinitely small discrepance between the theoretical computed values and the data oberseved in actual experiments.     

玉米芯活性炭的制备及储气性能

天然气、氢气、二氧化碳等气体的吸附研究在洁净气体代油燃料的强化存储、温室气体减排、大气治理等方面具有重要意义,其重点内容是高效吸附材料的开发．以玉米芯为原料,采用磷酸活化法制备了含有较高中孔比例的活性炭,其比表面积达到1,610,m2/g,孔容为1.72,cm3/g,中孔体积达到1.14,cm3/g,占孔容的66％．测定了H2、N2、CH4和 CO2在该吸附剂上的吸附等温线．在0.4,MPa 时,CO2对 CH4的选择性达到2.76,对 N2的选择性达到7.63,对 H2的选择性达到42.31,具有良好的分离应用前景．测定了水存在条件下甲烷在该活性炭上的吸附等温线,由于孔尺寸有利于甲烷水合物的生成,因此甲烷吸入量较在干燥吸附剂上提高了82％．根据克劳修斯-克拉佩龙方程计算了甲烷水合物的生成焓为-64.37,kJ/mol．     

模拟煤层气储层条件下煤岩渗透性实验研究

储层煤岩特有的割理结构使其渗透性与常规砂岩储层不尽相同,本文以山西沁水盆地3#煤作为实验煤心,实验研究了围压、孔隙压力对煤岩渗透率的综合影响规律,并得到3#煤岩的裂缝体积压缩系数范围。研究表明,流体介质不同,储层煤岩渗透率在压降过程中变化趋势不同;储层煤岩裂缝体积压缩系数在整个煤层气开采过程中并非一恒定值。     

自然电位影响因素分析及响应方程构造

在砂泥岩地层中自然电位的影响因素主要有地层水矿化度与泥浆矿化度差异、泥质含量、含水饱和度、地层温度和地层厚度。有些公司提供了自然电位受温度和地层厚度的校正图版,但没有考虑泥浆冲洗深度、侵入深度和束缚水饱和度大小对自然电位的影响。充分借鉴了前人的研究成果,结合双水饱和度模型重新构造了砂泥岩中自然电位的响应方程。用新构造的方程计算的地层水电阻率数值与测试得到的地层水电阻率数值非常接近。