含下伏气沉积层内水合物相变与产气特性

含下伏气的水合物沉积层被认为是最具开采潜力的水合物储层类型。本文利用岩心夹持器在恒定围压9 MPa下,研究了连通不同压力下伏气的南海沉积物内天然气水合物生成、分解及产气特征。研究结果表明,水合物饱和度与下伏气初始压力(7.2～8.1 MPa)呈非线性正比关系,而在8.1～8.4 MPa内两者呈负相关。同时,发现在降压开采过程中下伏气为水合物分解提供热量,促进了水合物分解,提高了水合物平均分解速率。此外,下伏气有助于缓解压降速率,从而有效减轻有效应力对水合物沉积层的破坏。下伏气作为开采产气的重要供气源,能提高气体回收率。本文研究结论将为今后降压开采含下伏气的水合物提供一定的理论指导。     

水合物藏降压开采实验及数值模拟

建立了降压法开采水合物藏数学模型,考虑了气-水-水合物-冰相多相渗流、水合物相变及分解动力学过程、冰-水相变、热传导、对流过程、渗透率变化等对于水合物分解的影响。三维水合物藏模拟表明:在开采前期阶段,可采用降压法,但随着储层能量消耗,产气速度下降很快,需转变开采方式。分析了一些主要参数,如孔隙度、渗透率、饱和度、压力等对水合物开采的影响。     

边界温度对封闭区域内水合物合成过程的影响研究

天然气水合物作为一种具有潜力的清洁能源已经引起了学者们的广泛关注,其合成技术在水合物实际开采、勘探和天然气储运等工程领域有着重要的应用.本文采用Tough+Hydrate软件针对实验室尺度下封闭圆柱体内天然气水合物的合成过程进行了数值模拟研究,考察了5种边界温度对其合成过程的影响.计算结果表明,封闭区域内的水合物合成反应速率在前期较快,而随着时间推移逐渐减缓,最后趋于平稳。另外,储层内压力降低速率明显高于温度降低的速率.水合物的合成速率在同一时刻随着边界温度的降低而明显增加,并且水合物的合成量也逐渐增大。     

天然气水合物藏裂缝注热的数值模拟研究

天然气水合物因其能量密度大、储量丰富、无污染等特点而被认为是一种新型的替代能源,如何提升天然气水合物储层渗透率是实现其商业化开采的关键.本研究提出使用人工压裂技术在水合物储层中形成裂缝网络,然后再将高温水注入储层来提升储层渗透率,并对沿裂缝注水过程进行了数值模拟.结果表明:人工压裂后,注入储层的热水能够到达储层深处,形...     

水合物研制、结构与性能及其在能源环境中的应用

天然气水合物是与能源和环境相关的物质,可以进行甲烷等能源气体的存储和提取,也可以用于对二氧化碳等废气的封存.天然气水合物主要分为三种结构:sI, sII和sH,在本文中对其稳定性、水笼类型和大小以及可俘获气体进行了论述.中子衍射技术是研究水合物的重要手段之一,有着独特的优势.如中子的穿透性可以研究在高压状态下压力腔体内的大块样品;中子对于轻元素的敏感性可以很好地确定水合物当中的碳、氢、氧元素.通过中子衍射和非弹散射可以得到水合物中H/D原子的位置、各向异性振动因子、不同温度压力下的客体分子的水笼占据率、客体分子在水笼中的无序分布、原子核密度分布(通过最大熵方法);通过时间分辨中子,可以检测水合物形成及分解过程的热力学和动力学过程.而利用非弹中子可以得到气体分子平移和旋转振动模式以及分子的量子态转变.通过二氧化碳气体注入对天然气水合物的开采可以实现能源气体甲烷的开采和废气二氧化碳的水合物封存,在减小地质灾害和开采成本上有着独特的优势.     

热力法开采地层天然气水合物的热动力评价

本文在推导热力作用下水合物地层温度分布基础上,发展了评价热力法开采天然气水合物的热效率(用于水合物分解的热量与输入总的热量之比)和能量效率(即输出能量与输入能量之比)的模型.模型分析表明,水合物地层热物性参数以及水合物饱和度决定了热力法开采的能量效率.在注入蒸汽开采初始条件下,能量效率可以达到7.0.     

甲烷水合物成核过程的实验研究进展(特邀)

甲烷水合物(可燃冰)作为一种储量巨大、分布广泛的清洁能源而备受关注。围绕甲烷水合物的开采、以固态水合物形式储运天然气和氢气等问题开展基础科学研究,具有重要的科学意义和应用价值。成核过程是甲烷水合物形成的关键第一步,由甲烷、水分子形成团簇并逐渐演化形成水合物的微观过程。然而,由于缺乏在高压环境下研究成核微观过程的有效实验方法,针对成核过程的实验研究进展缓慢。本文首先对气体水合物的结构及其性质进行了回顾;然后,以水合物演化的分子动力学模拟为基础,梳理现有关于水合物演化路径的初步认知;最后,以超快非线性光谱学方法为主,讨论了水合物实验研究的进展和展望。     

Span80促进甲烷水合物生成动力学研究

促进水合物快速生成是天然气水合物技术产业化的关键,表面活性剂作为水合物生成的促进剂,对其动力学促进作用进行研究十分必要.本文在已有的天然气水合物储气实验台上,利用高压反应釜,在温度为(274.15±0.10)K,压力为(8.30±0.10)MPa条件下研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单油酸酯(Span 80)存在下的甲...     

水流动强化天然气水合物降压分解研究

降压法被认为是最经济可行的天然气水合物开采方法,但开采后期驱动力不足、甚至产生水合物的二次生成,因此其应用受到限制。本文将降压法与水流动结合提升水合物分解驱动力,研究不同降压模式和水流动对天然气水合物分解特性的影响。发现当降压结合水流动时,压降为水合物分解提供初始驱动力,且压降越大水合物分解驱动力越大。同时水流动能够加快传热传质过程,为水合物分解提供额外的驱动力。在快速降压结合水流动模式中,较高背压下水流动为水合物分解提供主要的驱动力;在梯度降压结合水流动模式中,降压和水流动共同为水合物提供分解驱动力,对水合物分解的促进作用更加显著。     

水合物封闭升温及降压分解气液迁移特性

水合物分解过程产生的气液固迁移特性是影响水合物分解速率的关键要素。基于此,搭建了一套可视化的水合物生长及分解特性研究实验系统,通过该系统对封闭升温及降压分解过程中气液迁移特性进行了研究。实验结果表明,水合物在封闭升温分解过程中的气液迁移主要是通过形成气体通道实现的;同时,水合物分解过程中的气液迁移会造成沉积物的体积膨胀,在封闭升温分解过程中,沉积物体积膨胀率随着分解次数的增加而增加,三次分解膨胀率依次为18. 7%,34. 7%和45. 4%。背压为0. 1 MPa的降压分解中,体积膨胀率为64. 7%,温度迅速下降,并伴随着冰的生成或水合物的再次生成阻碍分解,但是降压依然加速了水合物的分解,使得水合物的总分解速率相对于封闭升温分解提高了20. 5%。实验结果对水合物技术应用具有理论和数据支撑作用。     

多相孔隙储层声学研究进展

本文回顾了关于油、气、水及水合物多相孔隙储层的声学研究进展,提出了"储层声学"的概念,阐明了其研究意义、研究内涵和方法,并介绍了油、气、水及天然气水合物储层声波模拟的部分新的研究成果。指出应该从声学理论和实验等出发,结合声学储层探测和精细描述的实际情况,如利用声学原理圈闭和估算天然气水合物等,继续深入开展相关基础理论和实验研究工作,丰富储层声学研究内容,更加完善储层声学理论体系,为更好利用声学方法探测和评价储层提供坚实的物理基础和可能的技术支撑。     

激光拉曼光谱在气体水合物研究中的应用

天然气水合物是一种重要的潜在能源。用激光拉曼光谱法表征气体水合物能够为研究水合物形成机理和开采方法提供重要信息。系统介绍了激光拉曼光谱法的基本原理,综述了激光拉曼光谱仪在气体水合物微观表征上的各种实际应用。通过激光拉曼测试可分析水合物气体组成、推测结构类型,再利用经验公式或者相对定量法可计算出其大/小笼的气体占有率和水合数;利用原位拉曼技术可以观测水合物形成和分解的微观过程,解析气体分子进入和离开笼子的进程、进行水合物形成和分解过程中气体浓度变化及水合物形成过程中气体溶解度的测定,辨识水合物系统中的相变过程,进而研究水合物形成和分解动力学;激光拉曼光谱法还可用于研究超高压条件下气体水合物的结构及其变化过程。原位拉曼光谱能够对深海天然气水合物及其环境在原位进行表征;利用拉曼成像技术可以对水合物晶体表面进行系统测定,探求气体组分在晶体表面的分布。随着激光拉曼技术的发展及与其他设备联用水平的提高,激光拉曼光谱仪向便携,高灵敏度发展,能够更广泛深入地进行气体水合物微观研究。     

高压下Ⅰ型甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟

本文采用平衡态分子动力学方法研究了多种Ⅰ型甲烷水合物结构在高压下的导热性能。结果显示各水合物结构中水分子的排布构型差别不大,但各水合物结构的热导率存在一定差异。其中空穴水合物结构具有较好的导热性能,而含水分子晶格缺陷水合物结构的热导率较低。高压可以促进水合物中的声子传热,高温也能促进甲烷分子平动相关声子的传热,但将削弱水分子运动相关声子的传热。此外水合物结构中的水分子晶格缺陷会导致传热过程中声子大量散射。     

天然气水合物拉曼光谱研究进展

介绍了常见的几种类型气体水合物的拉曼光谱特征,从水合物晶体结构、生成和分解动力学过程、自然界水合物的分析鉴定及激光拉曼光谱原位探测等几方面对天然气水合物拉曼光谱研究的最新进展进行了综述,探讨了激光拉曼光谱技术目前存在的问题与挑战,指出了其在天然气水合物研究方面的发展趋势与工作重点。     

杨发文.未来新能源——可燃冰

 天然气水合物是水和天然气(主要成份为甲烷)在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故称为“可燃冰”,又叫“气冰”或“固体瓦斯”。它在自然界分布非常广泛,海底以下0-1500m深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在,世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。从能源的角度看,“可燃冰”可视为被高度压缩的天然气资源,每立方米能分解释放出160～180标准立方米的天然气。迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上。     

水流侵蚀联合热辅助法水合物相变及分布特性

天然气水合物被认为是一种未来潜在替代能源,据估计全球大约90％的水合物分布在海底沉积层中.本文考虑到海洋环境中海水资源巨大,且表层海水的温度高于水合物储层,采用海水-气两相流动结合热辅助法分解水合物,并利用核磁共振成像系统可视地分析了水合物相变特性及空间分布规律.结果表明,水合物相变首先出现在反应釜入口处,随后水合物相...     

CO2水合物在电解质溶液中的相平衡预测

关于二氧化碳水合物基础物性的研究,对二氧化碳置换开采天然气水合物和工业废气二氧化碳的深海埋藏具有重要意义。本文在Van der Waals-Platteeuw理论和Pizter的电解质模型的基础上,考虑了电解质和温度对二氧化碳在水中溶解度的影响,从理论上对水合物相平衡模型进行了修正,提高了预测的精度。本文预测了二氧化碳水合物在NaCl、KCl、CaCl₂、MgCl₂的一元及二元溶液体系中的相平衡条件,预测的最大压力误差7.92%,平均压力误差在1%～3%之间。结果表明,本文的理论预测结果和实验数据吻合较好。     

基于弹性力学参数的天然气识别评价技术研究*

利用测井资料对低孔渗天然气储层进行识别对有效地勘探开发该类型储层具有重要意义。本文研究了天然气储层的岩石力学参数的特征及与含气饱和度的关系,通过理论推导和分析,总结了天然气储层识别方法,建立了低孔渗天然气储层含气饱和度计算模型。采用纵横波速比、泊松比、拉梅系数和体积模量两两交图版来定性识别天然气储层。模量比差比基本不受岩性和孔隙度影响,与含气饱和度呈线性正比关系,可用于定量评价低孔渗天然气储层的含气饱和度。利用上述方法对南堡凹陷深层的测井资料进行了处理分析,有效地识别了低孔渗天然气层段,对该天然气层段的定量评价结果表明,可以有效提高气层解释符合率。     

电场作用对4,4’-二吡啶杂环分子电输运特性影响的研究

用从头算理论和弹性散射格利用林函数的方法,计算了电场作用下的4,4’-二吡啶杂环分子体系的电子结构及其电导和电流.计算结果表明,电场作用使得体系在分子和电极间存在电荷转移和重新分布的过程,使分子与电极接触面附近出现电子积聚区和电子耗散区,从而产生附加电偶极子,对分子的电导和电流产生抑制的影响.此外,在分子轨道能级和分子与电极的耦合系数上,电场的影响也比较明显,从而导致了分子的伏-安特性在考虑电场作用前后有较大的差异.考虑电场作用后的伏-安非线性特征与实验结果符合较好.     

小型可移动式天然气液化流程的设计

小型可移动式天然气液化装置是解决常规天然气田中小型气田和非常规天然气田开采问题的有效途径。该文利用HYSYS软件建立了空气膨胀式天然气液化流程,并对流程中各点参数进行了设计,其中针对初压较低的天然气,从天然气高压下小温差换热节能和天然气增压耗功耦合的角度探讨了液化压力大小的设定。结果发现:存在最佳液化压力使流程的比功耗最小,利用冷热复合曲线可以很直观地判定流程的合理性。