经过改性的环状结构天然气水合物动力学抑制剂微观机理研究

Gas hydrate blockage in pipeline is a serious problem in petroleum industry. Injecting kinetic hydrate inhibitors is one of the effective methods to prevent gas hydrate formation or aggregation, but the lack of effective inhibitors limits its large-scale applications. In this project based on kinetic inhibitors with cyclic structures, modified inhibitors are synthesized and their inhibition abilities are valued. The mechanism of modified inhibitors is investigated. According to the inhibition abilities difference induced by modified group structure and position in kinetic hydrate inhibitor, the key structures and factors which can influence the inhibition ability are obtained. The growth orientation and aggregation morphology of hydrate crystals is observed, the distribution of different gases in the hydrate cages is investigated, and formation and decomposition rate of each crystal surface change and interaction of inhibitor and crystal are discussed. Through these researches, the mechanism of modified hydrate kinetic inhibitors with cyclic structure can be obtained, which provide the theoretical basis and technical guidance for gas hydrate low dosage hydrate inhibitors development and oil and gas safe transportation.

水合物在管道内的堵塞是油气工业需要解决的重要安全问题，而水合物动力学抑制剂的注入是防止水合物堵塞的方法之一，但由于经济有效的动力学抑制剂的缺乏等因素限制了其应用发展。本项目研究以环状结构动力学抑制剂为基础，添加改性基团，改善抑制性能，分析含改性抑制剂体系水合物形成过程形貌和微观参数变化，揭示改性抑制剂的抑制机理。考察改性基团结构和位置导致的抑制剂性能的变化，获得影响抑制剂性能的关键结构和因素，研究改性抑制剂作用下，水合物晶体生长取向和形貌、水合物数、不同气体笼占有率以及水合物晶格参数、晶面形成和分解速率等变化，探索抑制剂结构和水合物晶体之间的相互作用，揭示改性环状结构动力学抑制剂的作用机制，为油气生产和运输工业抑制剂的开发和选用以及管道堵塞后的处理方法选择提供数据支持和理论指导。

项目针对天然气水合物流动安全中动力学抑制剂的使用效果有限和抑制机理不明等问题，开展了环状内酰胺结构天然气水合物动力学抑制剂微观机理研究。项目以五元环和七元环内酰胺天然气水合物动力学抑制剂结构为基础，完成了不同基团、不同位置、不同结构的改性抑制剂的合成和抑制性能研究，通过低温冷冻扫描电镜、X射线粉末衍射和Raman光谱等研究手段完成了不同抑制剂体系水合物晶体的微观结构和机理分析，获得了改性抑制剂的抑制性能与改性前基底抑制剂和改性基团的关系，探索了改性动力学抑制剂对水合物晶体表面形态和晶体生长方式的影响规律；首次提出了动力学抑制剂可以影响水合物晶体大小笼占有率，且抑制能力越强有关，大小笼占有率之比越低；分析了抑制剂对水合物形成和分解过程的各晶面影响的优先性。通过上述研究，阐明了吸附是动力学抑制剂抑制机制的基础，揭示了改性基团的位置和性质与抑制性能的关系。本项目的研究，可为油气生产和运输工业抑制剂的开发和选用以及管道堵塞的预防提供数据支持和理论指导。.项目执行期间共发表学术论文16篇，其中SCI/EI12篇，中文核心1篇，会议论文3篇。申请发明专利4件，授权发明专利3件。项目培养青年科技骨干2名，培养博士研究生1名，硕士研究生3名。