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。     

压力扰动促进丙烷水合物生长过程的研究

为了研究气体水合物的快速生成方法,可视化实验研究了压力扰动对丙烷水合物生成过程的促进作用,结合丙烷水合物的生成驱动力计算,分析了静态条件下纯水中丙烷水合物层的厚度、生长速率、水合物生成驱动力等水合反应参数,结果表明:在压差为0.1 MPa的压力扰动下,原本停滞35 h的水合反应重新开始生成水合物,气液界面处水合物层厚度2 h内以0.5 mm/h的速率呈线性增长,2 h后生长速率显著减小,在压力扰动后的175 h内,系统平均生长速率达到0.04 mm/h。     

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。     

水合物储层的毛细封闭效应及高压突破机制

含下伏气的天然气水合物储藏是我国海洋水合物矿藏的重要类型,天然气水合物开采过程中,必须考虑下伏气存在产生的影响。目前,仍缺少针对下伏气产生机理的相关研究。本文利用核磁共振可视化实验装置,探究了水合物藏对其下伏气的封闭作用。结果表明,高饱和度水合物藏对外来流体具有阻碍作用,即毛细封闭作用。水合物的存在减小了孔喉半径,使多孔介质内存在较大的毛细管力,最终形成了抑制下伏气运移的水合物封闭层。水合物储层的封闭效应是下伏气稳定存在的基础。此外,降压过程产生的高压差会诱发水合物封闭层的高压突破现象、进而会引起压力骤降,威胁水合物安全开采。水合物开采过程应该考虑避免出现水合物储层高压突破。     

高压CO2水合物的生成机理实验和模拟

温室气体CO_2的捕捉和储存对减缓温室效应具有重大意义。CO_2水合物法储存CO_2具有效率高、储量大、易运输等优点。为了更高效制备CO_2水合物,对其生成机理进行实验和模拟研究。通过建立水合物生成的热力学模型,对水合物生成条件进行预测,利用高压静态釜式反应容器开展水合物生成实验,通过温度压力数据验证模型的准确性。在选取化学势能差作为水合物生成驱动力的基础上建立气体消耗速率模型,并与实验结果对比,结果表明:模型的预测值与实验值相对吻合。在低于水合物相平衡温度的条件下,升高容器的内反应压力可以促进气-液质量交换过程,提高生成效率。在生成过程中测得不同位置的电阻率变化数据,发现容器内的电阻率随固态水合物的生成而升高,并且首先在容器上部靠近壁面处结晶、团聚。     

甲烷水合物拉曼光谱法研究进展

介绍了甲烷在气相、水合相中的拉曼光谱特征,从水合物生成热力学、生成动力学、分解动力学和分解机理几方面对甲烷水合物实验室拉曼光谱分析和深海拉曼光谱检测的最新进展进行了综述。生成热力学方面重点介绍了基于拉曼光谱技术的水合物生成条件的原位观测、水合物结构的鉴定及水合物孔穴占有率和水合数的求算,生成动力学方面主要介绍了水合物生成过程中孔穴形成随时间的变化关系及水合物形成后流体中甲烷浓度的变化规律等内容。水合物分解方面着重介绍了水合物分解的微观机理、孔穴占有率的变化规律及多孔介质中水合物分解速率表达式。针对目前拉曼光谱法研究水合物存在的问题,对未来的发展方向和重点提出了建议。     

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。     

水合物晶核充分发展对水合物生成量影响的实验研究

在添加聚乙烯吡络烷酮((PVP(K90))并且降低水合物生成驱动力(过冷度)的溶液中,研究水合物生成量的变化。结果表明,水合物生成驱动力较高时,水合物晶核形成阶段与水合物晶核成长、聚结阶段同时进行,气液交界面处会形成致密的水合物层,阻碍水合物继续生成。在含有PVP(K90)的溶液中,降低水合物的生成驱动力,使水合物晶核形成阶段与晶核成长、聚结阶段在时间上分开;然后增加水合物生成驱动力,水合物没有在气液交界面处形成致密的水合物层,而是聚结在搅拌杆上,最终水合物的生成量有较大提升。     

稻壳热解的动力学模拟

生物质热解过程的动力学行为研究对于热化学转化过程机理的掌握和热化学转化技术的开发具有重要意义.本文采用Miller模型对稻壳在低升温速率下的热解进行了动力学模拟,并利用热重分析实验结果对模拟过程的有效性进行了对比验证.模拟计算结果显示气体百分含量在650～780K范围内随温度升高迅速增加,炭含量在500～680K之间随温度升高迅速下降,焦油含量随着温度升高在650K左右达到最高值.同时升温速率的提高可以抑制炭的生成,增加气体和焦油最大产量,在100K/min的升温速率下,气体产量在780K达到最大56.3%,焦油产量在678K左右达到最大26.8%.     

水合物法低温封存CO2技术及生成动力学研究进展

基于气体水合物技术低温封存CO₂是目前最具前景的CO₂封存技术之一,该技术对于实现国家双碳战略目标具有积极意义。通过介绍典型水合物结构的详细信息,从水合物法封存CO₂技术、纯水与多孔介质体系CO₂水合物生成动力学方面进行详细综述,分析了水合物生成过程中诱导时间、生成速率、水合物饱和度等参数的规律,以及CO₂水合物生成机理和生成动力学特性实验研究进展。提出了现阶段CO₂水合物生成动力学研究的关键问题应从考虑CO₂水合物生成空间差异性等方面进行突破的建议。研究结论可以为水合物法封存CO₂技术的工程应用提供理论指导和技术支持。