浆态水合物生成/分解动力学规律研究

It is an important issue to inhibit and prevent the formation of hydrate in oil and gas production and transportation departments. With the increase of water depth, there exists low temperature and high pressure environment in the seafloor which makes it more serious to prevent hydrate plug in subsea oil-gas-water multiphase flow pipelines. The technique of transportation in hydrate slurry is hopefully to solve this problem. In this item, with aim of the industrial application of the new transportation technique in hydrate slurry, we will try to solve the key scientific issues involved, that is, the kinetic rules of hydrate slurry formation and the regulation and control mechanism of hydrate slurry morphology and flow characteristics, which will provide the theoretical basis for the process optimization design and simulation of slurry transportation. The main research contents include: the experimental measurement of macroscopic formation rate for hydrate slurry in oil / water dispersion system; the building of the formation mechanism and the kinetic equation for hydrate slurry in oil/water dispersion system; the study on the agglomeration / dispersion behavior and flow characteristic of hydrate slurry; the experiments and model development of the dissociation of hydrate slurry. Features and innovations of this item lie in that the in-situ laser measurement method is adopted to study on the formation, evolvement, and interaction mechanism of hydrate particle in oil / water dispersion system. The macroscopic properties are explored in depth to mesoscopy.

如何抑制或防止气体水合物的生成一直是油气生产和运输部门关注的问题，随着水深的增加，海底的低温高压环境将使海底油-气-水三相混输管线中水合物防止问题更加突出，水合物浆态输送技术有望解决这一问题。本项目以水合物浆态输送新技术的工业应用为目标，研究解决水合物浆液的形成动力学规律及其形态和流动特征的调控机制等关键科学问题，为浆态输送工艺优化设计与模拟计算提供理论依据。研究内容包括水/油分散系中水合物浆液宏观形成速率实验测定、水/油分散系中水合物浆液形成机理和动力学方程建立、水合物浆液聚结/分散行为与流动特征研究、水合物浆液分解动力学实验研究及模型开发等。本项目的特色和创新点是采用激光原位测定方法研究油/水分散体系中水合物颗粒形成/演化及相互作用机制，从宏观深入到介观。

如何抑制或防止气体水合物的生成一直是油气生产和运输部门关注的问题。本项目以水合物浆态输送新技术的工业应用为目标，针对水合物浆液的形成动力学规律及其形态和流动特征的调控机制等关键科学问题，采用激光原位测定方法研究油/水分散体系中水合物颗粒形成/演化及相互作用机制。首先筛选并评价了商业表面活性剂在水/油分散体系中作为水合物防聚剂的效果，测定了油水分散体系水合物的记忆效应，考察了正辛烷中悬浮水滴表面甲烷水合物膜的生长动力学过程，发现水合物膜前沿附近甲烷分子的传质过程是水合物膜横向生长的控制步骤，水合物膜的增厚生长受水分子在水合物膜内的传质过程控制，据此建立了描述油/水界面水合物膜生长的动力学模型。进一步研究了在水合物阻聚剂存在条件下水合物浆液的流动特性和流变特性以及水合物浆液的停泵/重启时的流变特性，发现水合物浆液具有明显的假塑性流体特征，其剪切变稀特性随体系水合物体积分率的增加而愈加明显，并具有触变性流体的特征，基于经典Herschel-Bulkley模型，建立了水合物浆液流变模型。同时实验研究了高低含水率体系下的自保护效应，分析了水合物体积百分率、水的转化率、水合物颗粒平均尺寸对分解百分率的影响，并基于含水合物油水分散体系分解机理分析，建立了分解动力学方程。相关成果为浆态输送工艺优化设计与模拟计算提供理论依据。共发表SCI收录论文16篇，会议论文4篇，授权发明专利2项，培养博士研究生2名，硕士研究生6名，部分成果荣获省部级技术发明一等奖。