天然气水合物形成的动力学机制研究

天然气水合物形成的动力学机制研究

一、天然气水合物生成动力学机理的研究(论文文献综述)

张学民,张梦军,杨惠结,李银辉,李金平,王英梅[1](2021)在《冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展》文中指出青藏高原冻土区储存着大量的天然气水合物资源,CO2置换开采冻土区的天然气水合物可实现天然气水合物的安全开采和温室气体CO2的地层封存。冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学,是冻土区天然气水合物置换开采研究领域的难点和热点问题。本文全面综述了冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展,讨论了不同体系冰点以下多孔介质中气体水合物的形成机理及其生成特性;详述了冰生成水合物机理及其冰粉/多孔介质体系中气体水合物的生成特性,分析了冰点以下多孔介质中气体水合物生成动力学研究尚待完善和改进的地方。最后本文指出冰点以下多孔介质中水合物的生成过程是由传热、传质等多种因素所控制,揭示不同过程的主导因素及其影响规律是今后研究的重点方向。目前对冰点以下多孔介质中水合物的生成特性及机理的认识尚未成熟,仍需深入研究。

林德才,史博会,宋尚飞,隋金昊,吴海浩,姚海元,李清平,宫敬[2](2021)在《苏丹红7B染色剂对水合物生成分解动力学的影响》文中进行了进一步梳理基于高压反应釜装置进行了一系列不同初始压力、不同过冷度条件下,添加染色剂/不加染色剂的水合物生成与分解实验,通过分析实验过程中体系压力、温度随时间的变化,研究了苏丹红7B染色剂对水合物生成结晶诱导期、水合物生成体积分数及气体消耗率的影响。结果表明:苏丹红7B对水合物生成与分解的动力学的影响,在不同的实验条件下,表现不一;在高过饱和度下,苏丹红7B对水合物生成与分解动力学的影响会减弱;在过冷度较高时,苏丹红7B对水合物生成与分解动力学表现出较大的影响,一方面促进水合物结晶诱导,另一方面又抑制水合物生长,还对水合物分解时间有延长的作用。经深入剖析油溶性染色剂苏丹红7B分子会随温度变化的溶解与析出,与乳化剂协同吸附或脱附,进而影响水合物生成/分解动力学的传质及颗粒行为。总之,本研究论证了在引入染色剂研究水合物生成分解规律时,应该优选对水合物动力学生成及分解没有影响或影响较少的染色剂物质。

雷裕红,宋颖睿,张立宽,苗来成,程明,刘乃贵[3](2021)在《海洋天然气水合物成藏系统研究进展及发展方向》文中研究表明天然气水合物成藏系统的研究对于认识具有强非均质性的天然气水合物的资源分布、预测其甜点、提高其勘探成效具有重要的意义。通过综合分析天然气水合物在成藏条件、成藏要素和成藏模式等方面的研究认识和勘探成果,综述了天然气水合物成藏系统在气源、稳定带特征及影响因素、储层类型与特征、运移通道类型和成藏模式等方面的研究新进展。天然气水合物的气源可分为生物气、深部热解气和混合气3种类型;水合物的储层类型包括软泥、粉砂质泥和粉砂等多种类型;在粒度较粗的储层中,水合物的含气饱和度往往相对较高;断层、裂隙、底辟构造、气烟囱和高渗透性地层等是天然气水合物的有效运移通道。前人依据气源及其与水合物稳定带的配置关系、水合物的生成速度与分解速度的消长关系、水合物形成的主控因素、运移通道的类型等建立了多种水合物成藏模式,但对于成藏过程中各成藏要素的时空演化及耦合关系、成藏效率的定量评价等研究仍不足,有必要将天然气从气源灶运移至稳定带的动力学过程与稳定带内天然气的运移、聚集、分解和散失的动力学过程有机结合起来开展研究。采用成藏动力学定量研究的思路和方法,应用大数据和人工智能等新技术来定量表征天然气水合物的成藏要素及其时空演化过程,利用数值模拟方法定量研究在气源灶、运移通道、稳定带和储层耦合条件下的天然气水合物的运移、聚集、分解、散失过程是未来天然气水合物成藏系统研究的发展方向。

郎雪梅,樊栓狮,王燕鸿,李刚,于驰,王盛龙[4](2021)在《笼型水合物为能源化工带来新机遇》文中研究指明笼型水合物是利用水分子通过氢键作用构建的笼型结构对甲烷等能源气体进行存储和提取,具有高安全性、高储存容量、温和储存条件、环境友好等优点。天然气水合物是传统能源和绿色能源之间的桥梁燃料,已成为世界各国科学家竞相研究开发的热点。本文综述了笼型水合物在能源与环境、流动安全、工程应用三个方面的研究成果,涵盖了固化天然气(SNG)、CO2捕获和气体分离、蓄冷、海水淡化、汽车燃料以及制氢与储氢等能量转换、能量储存的领域。文章指出大力发展笼型水合物衍生技术,实现提取甲烷同时捕获二氧化碳,有助于实现碳中和的目标。阐述了笼型水合物生成依赖于其自身的热力学相平衡条件、反应过程的动力学性质及传递过程强化,从生成到分解的过程主要包括溶解、成核、生长、晶裂和解吸等一系列步骤,过程的微观机理复杂。展望了利用多尺度方法研究水合物生成的微观结构、界面现象、宏观应用和作用机理,有助于扩展化学工程的原理和知识,对开发能源化工领域新材料新工艺也有裨益,从而促进能源化工的发展。

李锋[5](2021)在《四氢呋喃-甲烷二元水合物空间生长规律研究》文中研究表明天然气作为一种优质、高效的清洁能源,对改善能源结构具有重大作用。然而天然气资源大多远离资源消耗区,因此实现高效、安全的天然气储运技术将是未来天然气工业研究的重点。天然气水合物储运技术凭借安全、经济和技术可靠性的优势有望成为天然气储运行业的最佳选择。虽然天然气水合物储运技术有着较为可观的优势,但是在实际应用的过程中仍然面临着水合物生成过程缓慢等问题。本文首先建立了四氢呋喃-天然气水合物相平衡预测模型并对模型进行了检验与评估。随后在此基础上完成了四氢呋喃(THF)-甲烷(CH4)水合物生成特性分析,并进一步对THF-CH4水合物在反应釜内的空间分布规律开展实验研究。基于集成学习算法,建立了含Na Cl条件下THF+天然气水合物相平衡温度预测模型。预测结果显示随机森林温度模型比梯度提升决策树与自动机器学习温度模型泛化能力高,但梯度提升决策树温度模型对实验温度的预测结果最准确。另外从Friedman检验与Nemenyi后续检验来看梯度提升决策树温度模型整体效果优于与随机森林和自动机器学习算法,而随机森林和自动机器学习算法之间无显着差异。随后选取梯度提升决策树算法对浓度5.56%条件下的THF-CH4水合物相平衡条件进行了预测。在获得THF-CH4水合物相平衡基础上,本文在实验温度和压力分别为283.2 K、3MPa条件下开展了THF-CH4水合物生成实验研究。通过可视化观察到THF-CH4水合物生长前期主要包括三个过程:首先THF与CH4在气液界面处形成饱和水合物层;之后CH4穿过该水合物层与溶液进一步反应,水合物层开始向下生长;与此同时水合物层开始向上生长且速率要远快于向下生长。另外研究结果表明在溶液体积250 m L的实验中水合物生长速率最快、诱导时间与t90最短,是该温度、压力条件下最佳气水比实验。探究了两种注气体模式下THF-CH4水合物的空间分布和演化规律。恒容多次注气注气模式下,观察到THF-CH4水合物在反应釜内呈现出三种赋存形态。恒压持续驱动力THF-CH4水合物柱由白色和透明层两层水合物共同构成。水合物分解实验证实了白色水合物层储气密度更高且反应釜的空间利用率和储气能力分别达到了89%和87.55(V/V)。最后THF-CH4水合物生长调控实验表明,分批次逐级递减注液可以对水合物柱形态进行有效的控制且反应釜的空间利用率达到98.63%。

张梦迪[6](2021)在《不同颗粒级配下分解压力及分解时间对水合物二次形成影响》文中进行了进一步梳理随着人们对于水合物的不断研究,水合物的相关技术涉及到人类生活的各个领域。而对于水合物开发及储运过程中,当气体与水相结合并达到水合物形成温压条件时,管道中会再次生成水合物从而堵塞管道。基于此,本研究搭建了一套多用途环境友好型水合物生成实验平台,研究的重点是不同颗粒级配下不同一次分解压力、分解时间对水合物二次形成的动力学影响。论文具体研究内容及结论如下:(1)基于降温法使甲烷水合物在不同颗粒砂样的多孔介质中形成,并使用恒压升温法在不同的一次分解时间、分解压力条件下对一次形成的水合物进行分解,再向反应釜中充入甲烷气,并利用分解后的水溶液进行水合物二次形成。通过分析水合物二次形成过程及特征指标来分析一次分解时间对水合物二次形成影响。实验结果表明:0-0.5mm颗粒级配中,水合物形成主要受多孔介质内部孔径限制,且此时水合物基本不形成;0.075-1mm及0.075-2mm颗粒级配中,水合物形成先随着分解时间增长而增多,当增长到一定分解时间时,水合物形成量、形成速率等随着分解时间的增大而减少。此现象表明,相同粒径时,存在临界分解时间,此分解时间下水合物二次形成所受影响最大。(2)多孔介质颗粒级配为0.075-1mm及0.075-2mm时,一次分解时间越短,水合物生成速率峰值点出现越早,但是当水合物分解时间过短时,水合物的二次生成受分解水中的笼型结构及分解水含量的影响,水合物快速生成阶段所持续的时间也很短。同一粒径下,存在一次分解时间临界值,在此临界值分解时,水合物生成速率峰值点均为最大且持续时间也相对较长。(3)多孔介质颗粒级配为0-0.5mm时,介质颗粒级配对水合物二次生成耗气量的影响较大。多孔介质颗粒级配为0.075-1mm及0.075-2mm时,水合物一次分解时间对水合物二次生成耗气量影响较大。且存在临界分解时间,在此临界分解时间不同颗粒级配的多孔介质水合物的耗气量均最大。(4)在相同多孔介质颗粒级配下,不同的一次分解压力会导致水合物二次生成时出现两种不同的生成形态。且对水合物二次生成过程中水合物生成速率、生成量、甲烷耗气量等影响很大。(5)当多孔介质颗粒级配过于分散或者过于单一时,水合物的二次生成受其影响压力下降幅度小、水和饱和度低。且此粒径下分解压力为2.6MPa时,水合物二次生成过程所受影响最小;当多孔介质颗粒级配适当时,水合物二次生成的压力下降幅度大、水合物饱和度高。在此粒径下分解压力为2.6MPa时,水合物二次生成过程所受影响同样最小。

程凡宝[7](2021)在《多孔介质内天然气水合物再生长特性与控制机制研究》文中提出天然气水合物是一种在低温高压下形成的晶体化合物,广泛赋存于永久冻土区和海底沉积物内,是未来重要的天然气来源。多孔介质是自然界水合物赋存区域的主体,其控制水合物在表面的聚集能力和传质系数进而影响水合物生成。探明多孔介质内天然气水合物的生成动力学是揭示天然气水合物矿藏生成的前提与基础,关键科学问题是如何定性、定量阐明多孔介质内天然气水合物生成特性及其影响机制。由于水合物生成在时间上是一个先成核后生长的反应过程,而水合物成核时间和空间的随机性决定了空间上水合物多点成核和生长同时存在,传统研究往往忽略了成核与生长过程的相互影响。为此,本文提出了基于天然气水合物再生长过程研究水合物生成动力学的新方法,天然气水合物再生长是原位水合物进一步生长的过程,能够在排除成核阶段影响的前提下厘清水合物生长速率的控制机制,为阐明天然气水合物生成动力学提供基础理论支撑。本文利用自主搭建的高压不锈钢反应釜天然气水合物实验系统,首先在孔隙初始水含量为5.44 ml、温度为273.65 K、压力为5 MPa的甲烷气过量型多孔介质内生成天然气水合物(成核生长方式),普遍观察到数十分钟到小时不等的诱导时间,并且成核生长结束后仍存在较大的生成驱动力(大于1 MPa)和未完全转化的水;进而,向多孔介质内注水诱导已经生成结束的水合物进一步生长(再生长方式),发现注入的水即时消耗甲烷气,表明水合物的再生长无诱导时间,这可能与已有水合物的直接接触有关。并且水合物再生长结束时注入水几乎全部转化为水合物,表明水合物再生长为小驱动力反应过程;然而,天然气水合物再生长过程耗气速率相较成核生长较慢,当再生长过程压力提高时,实验观察到随机成核生长过程的伴随发生,并通过耗气特性对比厘清了水合物再生长过程成核生长的发生时间及对应水合物生成量。本文基于天然气水合物核磁共振成像系统,探明了多孔介质内注入水的半球形团聚特性,实验结果表明水合物再生长过程耗气速率与已有水合物饱和度正相关、受多孔介质粒径及性质影响;进一步解析再生长过程的甲烷消耗特性,发现水合物再生长率先发生在水球表面(三相界面),并根据水球内部(两相界面)水合物恒定再生长速率与已有水合物饱和度的线性关系得到微观水合物反应的耗气速率,最终提出了多孔介质内天然气水合物再生长过程三阶段(水球表面水合物膜生长、水球内部水合物再生长、不受传质限制的水合物再生长)生长模式及控制机制。

贝科奇[8](2021)在《运聚条件对海洋天然气水合物成藏过程影响的数值模拟研究》文中研究表明在传统油气资源逐渐枯竭的当下,天然气水合物作为一种清洁高效的未来能源日益受到世界各国重视,以低温高压为形成条件的天然气水合物在自然界中主要赋存于陆域永久冻土带和海域深海沉积物中。海底天然气水合物分布广泛,然而已有的钻探结果显示海底天然气水合物无论是平面上还是垂向上均呈现出明显的不均匀分布特征,以“运”—流体运移条件和“聚”—沉积层储集条件为代表的水合物成藏要素控制着海底水合物的形成与富集成藏过程。明确不同运聚条件下海底水合物的形成机理和富集规律对寻找高储量、可开采水合物藏的赋存位置具有重要的理论和实际意义。本文以南海北部典型天然气水合物前景区—白云凹陷为研究区,围绕“海底天然气水合物在不同运聚条件的成藏过程”核心问题,采用理论分析与数值模拟相结合的技术方法,探究了储层孔渗条件、地层倾角条件、海底面起伏以及构造通道类型等对海底沉积层中甲烷气体运移、水合物形成与分布的影响,分析了研究区水合物差异性分布的控制因素,提出了高饱和度水合物富集所需的运聚条件,并结合实际资料进行了研究区水合物优势赋存区的预测,研究成果可对我国南海海域天然气水合物勘探及开采工作提供理论参考依据。本次研究主要得出如下结论:(1)储层孔渗非均质性会影响局部水合物温压稳定条件、储集空间以及气体在稳定带内的运移,进而控制水合物形成与分布。结合白云凹陷沉积物中局部有孔虫丰度较高及细粒浊积体不均匀分布的特点,模拟分析了不同孔渗条件(均质、层状非均质、空间非均质)储层对于水合物成藏的影响。研究结果显示储层孔渗非均质性会促进甲烷气体的侧向运移,部分区域气体会出现“绕行”现象,在渗透率高的区域流体运移速率大,甲烷气体饱和度也相对较高,促进了高饱和度水合物的形成。非均质的孔隙度增加了甲烷气与孔隙水的接触面积,提升水合物的生成量。在本次模型中,空间非均质模型相较均质模型甲烷侧向运移距离提升了约28%,水合物累计生成量提升了约16.5%。特别地,当水合物储层呈现为泥砂互层结构时,形成的水合物也会出现较为明显的分层现象,高渗层内水合物饱和度较高,横向展布范围会有一定增加。(2)地层倾角与海底地形的起伏变化会影响海底沉积层中甲烷的侧向运移过程和水合物稳定带分布,进而控制水合物藏的横向展布及厚度。结合白云凹陷陆坡迁移峡谷沉积体系多倾斜地层与海底起伏变化的特点,模拟分析不同倾角(0°,5°,10°,15°)的地层中含气流体运移和水合物形成与富集过程。研究结果显示在倾斜地层上部由于相对较好的气体供给条件和温压稳定条件,水合物饱和度、厚度和侧向展布范围要大于倾斜地层下部。倾角越大,倾斜两侧的水合物饱和度及分布差异越大,水合物藏的非均质性也越强。倾角一定时,地层渗透率与甲烷渗漏速率越大,非均质性越明显。在本次模型中,倾角为15°时相比水平地层在倾斜上部甲烷运移量提升了约23.5%,倾斜下部运移量减少了约18.1%,水合物累计生成量降低了约7.0%,地层倾角对倾斜下部水合物形成的抑制作用要强于对倾斜上部水合物形成的促进作用。同时初步探究了不同起伏地形中水合物的形成与分布规律。在海底面出现下切构造位置,水合物稳定带底界会发生下移,部分水合物沿下切构造侧壁分布,海底面下切深度越大,气体侧向运移和水合物形成的阻碍越大。在海底面出现隆起构造位置,水合物稳定带底界会发生抬升,在浅层气体主要沿隆起侧壁运移,形成与隆起的海底面近似平行的水合物藏。特别地,当隆起构造两侧出现差异性的沉积-侵蚀作用时,沉积作用较强的一侧的更适宜气体侧向运移与水合物形成。(3)典型构造通道(气烟囱、泥底辟和断层)是含气流体运移的良好通道,不同类型构造通道中的流体运移特征不同,形成的水合物藏空间分布特征也不同。结合白云凹陷海底断层、气烟囱、泥底辟等构造通道发育的特点,通过对不同构造通道的刻画,模拟分析了不同构造通道对水合物形成、聚集及空间分布的影响。研究结果显示:在气烟囱上部易形成水平展布的层状高饱和度水合物;在泥底辟构造中,内部超压潜能使得高温流体与甲烷气体一同向上运移,形成具有穹隆状水合物藏,在部分层位水合物平面形态呈环形;区域大尺度断层切穿厚度大,有可能沟通底部烃源岩和浅部水合物稳定带,会促进深部气体向上运输。浅部小断层因为其分布位置和切穿层位的不同,对气体运移和水合物成藏影响也不同,侧翼的低角度断层会促进气体的侧向运移,浅部高角度断层沟通垂向气体通道与水合物稳定带时,会促进高饱和度水合物的形成,沟通垂向气体通道与海底面时则会增加气体向海底泄露的风险。(4)基于白云凹陷某区块实际场地数据构建三维地质模型,综合考虑不同成藏要素的时空耦合配置关系,模拟预测了水合物赋存区位置及其水合物饱和度,并量化分析了不同成因气体对水合物藏的贡献。基于对白云凹陷水合物差异性分布原因的分析,模拟了研究区水合物形成与富集过程,刻画了研究区内水合物的空间分布与饱和度,对水合物优势赋存区进行预测。模拟结果显示:研究区水合物生成量估算为2.90×1012kg,气源类型为生物成因(38.6%)和热成因(61.4%)混合气,以热成因气为主。当优质的储集条件(相对粗粒沉积物区域)与良好的流体运移条件(气烟囱、断层等构造通道)在空间上能较好的耦合时,容易形成高饱和度的水合物藏。最终确定研究区迁移峡谷末端海底扇区、海底峡谷脊部隆起区以及部分沟源断层上部,同时具备相对高孔渗条件的区域为高饱和度水合物藏潜力区带。

高强[9](2021)在《砂质水合物降压开采影响因素与方法的实验研究》文中研究指明甲烷水合物,是由主体水分子和客体甲烷分子在特定低温高压下形成的非化学计量笼型络合物,具备储量巨大、绿色环保和能源密度高等特性,被认为是继煤层气、页岩气和致密气之后最具潜力的非常规接替能源之一。甲烷水合物的安全高效开采一直是目前科学界和工业界研究的重要焦点。目前,关于甲烷水合物开采方法主要包括降压法、热激法、注化学试剂法、CO2-CH4置换法和其他方法等。其中,降压法是科学界公认的一种高效低耗的开采方法,该方法被广泛研究,具有很好的应用前景。然而,降压开采过程中存在低温冰点、水合物二次合成、初期大量产水、低回收效率和地层形变等问题。因此,研究降压开采过程中不同影响因素和降压方法对流体流动、温度变化、动力学以及能效分析等影响特性具有重要意义。本文通过实验在以下两个方面开展研究:(1)开展了不同影响因素(氯化钠体系和水合物饱合度)对降压开采过程中的流体回收速率、流体回收率、温度变化特征等影响规律;(2)针对具有相同储层特征的甲烷水合物,分析了两种降压方法下(不同降压幅度和不同降压路径/多阶段),降压开采过程中的流体产量与温度变化特征、开采动力学和能效分析等。研究内容和主要结论如下:(1)搭建了三轴应力甲烷水合物合成和分解实验平台,进行了纯水和3.0%质量分数的氯化钠溶液两种体系下甲烷水合物合成的实验研究,分析了初始/总水气比、反应压力、反应温度和氯化钠对甲烷水合物合成过程的影响规律。研究发现:三轴应力下,过水法合成甲烷水合物时,最终的水合物相饱和度大小很大程度上取决于初始注气量。在相同热力学条件下,稍高于理论化学计量水合物数(5.75)的初始水气比有利于甲烷的转化,提高了甲烷转化率。较高的反应压力缩短了甲烷水合物合成所需的诱导时间,同时加快了水合物合成的速率。但压力对最终的水合物相饱和度大小影响不大。较高的初始温度增加了甲烷水合物合成的诱导时间。小范围的温度变化对水合物合成的速率和最终的甲烷水合物相饱和度影响不大。氯化钠(XNaCl=3.0 wt%)作为一种典型甲烷水合物合成热力学和动力学的抑制剂,增加了甲烷水合物合成所需的诱导时间和合成消耗的总时间,但对最终的甲烷转化率和水合物相饱和度的大小影响较小。在排盐效应的影响下,甲烷水合物合成过程中氯化钠溶液的质量分数在合成第一阶段末达到了甲烷水合物合成过程中的最大值(XNaCl=5.29%),最后稳定在XNaCl=4.12%。(2)采用三轴应力水平反应釜,进行了氯化钠溶液体系下的甲烷水合物降压实验研究,分析了氯化钠对流体产量回收率、开采动力学和开采过程中轴压围压的影响规律。研究发现:三轴应力降压开采中,氯化钠体系一定程度上增加了甲烷回收的速率和回收率。在相同的井底压力下,氯化钠体系减小了水的最终回收率,两种不同体系下,井底压力为1.0 MPa时,水最终回收率的偏差达到了7.32%。此外,反应釜内的压力呈现出独特的四阶段方法,包括:快速下降阶段、振荡阶段、阶梯式阶段和稳定阶段。大部分的甲烷回收发生在压力振荡阶段和阶梯式下降阶段。同时,围压呈现出一个模拟反应釜内压力变化的趋势,轴压呈现出阶梯式下降趋势。(3)针对具有不同饱和度储层特征的甲烷水合物,系统地分析了不同水合物饱和度(SH=20%、SH=40%、SH=60%和SH=80%)对降压开采过程终流体产量回收率、开采动力学和温度变化等影响特征。首次在较低的最终水气比(7.7)下,过水法合成了超高水合物相饱和度(SH=80%)的甲烷水合物样品,拓宽了对不同饱和度甲烷水合物降压开采的实验研究。研究发现:在相同的降压路径和降压幅度下,越高饱和度的甲烷水合物分解后可以得到越大的甲烷回收率,说明越高饱和度的甲烷水合物越具有商业开采价值。然而,不同饱和度甲烷水合物的水最终回收率保持在相同水平。水合物饱和度越低,不同降压路径(一阶段和三阶段)对最终甲烷气体和水回收率的回收率影响较小。而且,相比一阶段降压方法,三阶段降压方法一定程度上提高了最低温度,饱和度越低效果越明显,饱和度为20%时,最低温度提高到4.19℃,饱和度为80%时,最低温度提高到1.60℃。(4)针对高饱和度(SH>55%)的甲烷水合物,分析了不同降压幅度(井底压力BHP=1.5 MPa、3.0 MPa和4.5 MPa)开采过程中,流体产量回收率、开采动力学和开采过程中温度变化的影响规律。研究发现:无论降压幅度的大小,产气总是滞后于产水,产水总是提前于产气结束。降压阶段,水的回收率高达90%,而甲烷气体的回收大部分发生在恒压阶段。较低的井底压力导致更快的甲烷回收速率和较高的甲烷和水气体回收率。当采用接近相平衡压力的井底压力(BHP=4.5 MPa)时,甲烷回收速率和回收率大幅下降,其中,甲烷最终回收率减小了62%。较大的井底压力很大程度上提高了最低温度。井底压力为1.5 MPa时,最低温度为-0.30℃,而井底压力为4.5 MPa时,最低温度为5.33℃。(5)针对高饱和度(SH>55%)的甲烷水合物,分析了不同降压路径(多阶段)开采过程中,流体产量回收率、开采动力学和开采过程中温度变化的影响规律。研究发现:最终的流体回收率取决于最后反应釜的热力学条件,降压阶段数量的多少对其影响不大。产气方面,多阶段降压方法明显比一阶段降压方法在时间上滞后,当井底压力位于相平衡曲线的压力之上时,多阶段降压几乎没有甲烷气体产生,只产生了19%-32%的水;当井底压力降到4.6 MPa的相平衡压力之下(T=6.0℃)时,才可以从反应釜中回收到甲烷气体。之后开始大量产气,尤其在恒压阶段。产水最多的阶段是从开始降压到井底压力首次降到相平衡压力;而产气最多的阶段是在井底压力保持在3.0 MPa的恒压阶段内。另外,降压阶段数量的增加使得水合物降压分解过程中的最低温度提高了2.2℃。多阶段降压开采可以很大程度上减小了初始产水量,同时降低了产水速率,把产水过程分配到每一个降压阶段。

徐楠[10](2021)在《四氢呋喃促进甲烷水合物生成实验研究》文中认为天然气水合物是由气体分子和水分子构成的笼状化合物,具有储气量大、环境友好、安全性能高等优点,因而被认为是一种极具潜力的新型天然气储运技术,但实现其大规模工业化生产仍需要改善水合物生成条件、加速水合物生成动力学。鉴于此,本论文进行了甲烷-四氢呋喃二元水合物的生成实验,从动力学及形态学角度分析不同温度下甲烷-四氢呋喃二元水合物的生成特性,以阐明四氢呋喃促进甲烷水合物生成机理。具体研究内容如下:研究甲烷-四氢呋喃二元水合物生成动力学特性,在不同温度下对水合物储气量和生成过程中温度、压力的变化情况进行分析。随着实验温度的增加,多次成核和有效的热扩散增加甲烷储气量。通过拉曼光谱判断甲烷-四氢呋喃水合物的结构特征并计算其笼占有率情况。明确甲烷-四氢呋喃水合物结构为s II型,随着实验温度的升高大笼子中四氢呋喃占据的比例降低,而小笼子中甲烷的比例增加约11.63%。因此提高实验温度甲烷平均储气量增加了约19.85%,有利于改善甲烷气体的储存。对甲烷-四氢呋喃水合物生成宏观及微观形态进行观测,总结水合物宏观生长过程主要为:气/液界面形成水合物膜,毛细力作用下水合物壁面向上生长,在液相生长至充满反应釜,壁面生长的多孔状的水合物结构利于气液持续接触进一步形成更多水合物。提出基于过冷度的水合物晶体分布特点:过冷度大于3.0 K,水合物晶体呈三维生长的多面体和楔形状;过冷度小于3.0 K,水合物晶体呈二维六边形、四边形和三角形板状。提高实验温度水合物生长缓慢、致密程度较低,这有利于水合物反应充分进行,同时水合物粘度较低、结构稳定有利于减少水合物在分离和输送过程中的能耗。对比有/无四氢呋喃下甲烷水合物的生成特性并基于此进行能耗分析,结果表明使用四氢呋喃促进甲烷水合物生成并节能约98%,因此四氢呋喃可通过改善水合物生成条件、缩短诱导时间、增加甲烷储气量来降低水合物生成过程中的能耗,具有良好的经济性。本研究中获得的结论可为水合物法天然气储运技术提供理论依据,以实现高储气量、低能耗下的天然气储运。

二、天然气水合物生成动力学机理的研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、天然气水合物生成动力学机理的研究(论文提纲范文)

(1)冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展(论文提纲范文)

1 冰点以下气体水合物的生成机理
2 冰点以下不同体系中气体水合物的生成过程
    2.1 冰粉体系气体水合物的生成过程
    2.2 多孔介质体系气体水合物的生成过程
3 冰点以下水合物的生成促进
4 结语与展望

(3)海洋天然气水合物成藏系统研究进展及发展方向(论文提纲范文)

1 水合物成藏系统的特殊性
2 水合物成藏要素的研究进展和存在问题
    2.1 水合物中天然气的成因和来源
    2.2 天然气水合物稳定带
    2.3 储层特征
    2.4 运移通道体系
        2.4.1 断层和裂隙
        2.4.2 底辟构造
        2.4.3 气烟囱
        2.4.4 高渗透性地层
3 水合物的形成机理
    (1) 团簇成核假说。
    (2) 局部结构成核假说(固定结构成核机理)。
    (3) 界面成核机理。
    (4) 双过程水合物成核机理。
    (5) 笼子吸附成核机理。
4 水合物成藏模式
5 水合物成藏研究的发展趋势
6 结论及建议

(4)笼型水合物为能源化工带来新机遇(论文提纲范文)

1 笼型水合物研究概况
2 笼型水合物在能源化工领域崭露头角
    2.1 天然气水合物是替代能源
    2.2 流动安全
    2.3 新技术的源泉
3 笼型水合物研究的化学工程问题
    3.1 多尺度问题
    3.2 热力学相平衡
    3.3 动力学与传递机理
    3.4 新材料新工艺
4 笼型水合物研究及开发方法——以抑制剂为例
5 结语

(5)四氢呋喃-甲烷二元水合物空间生长规律研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 天然气水合物储运技术
        1.2.1 水合物生成机理
        1.2.2 水合物快速生成技术
    1.3 本文研究内容
2 基于集成学习算法的水合物相平衡模型研究
    2.1 方法原理
        2.1.1 梯度提升决策树
        2.1.2 随机森林
        2.1.3 自动化机器学习
    2.2 数据库构建与模型检验
        2.2.1 数据库来源与模型评估指标
        2.2.2 模型检验
    2.3 水合物相平衡模型
        2.3.1 水合物相平衡温度计算模型
        2.3.2 模型比较
    2.4 本章小结
3 不同气液比下四氢呋喃—甲烷水合物生成特性研究
    3.1 实验装置与数据分析方法
        3.1.1 实验装置与步骤
        3.1.2 数据分析方法
    3.2 四氢呋喃—甲烷水合物生成可视化研究
    3.3 四氢呋喃—甲烷水合物动力学研究
        3.3.1 四氢呋喃—甲烷水合物相平衡预测
        3.3.2 四氢呋喃—甲烷水合物生成动力学特性
    3.4 本章小结
4 四氢呋喃—甲烷水合物空间赋存状态研究
    4.1 实验装置与方案设计
        4.1.1 实验装置
        4.1.2 实验方案
    4.2 不同注气模式下四氢呋喃—甲烷水合物空间分布规律研究
        4.2.1 多次注气模式下水合物空间分布特性
        4.2.2 恒压注气模式下水合物空间分布特性
    4.3 四氢呋喃—甲烷水合物空间生长调控研究
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(6)不同颗粒级配下分解压力及分解时间对水合物二次形成影响(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 气体水合物研究意义
        1.1.1 水合物简介
        1.1.2 水合物二次生成研究意义
    1.2 水合物的国内外研究及现状
        1.2.1 天然气水合物研究历程
        1.2.2 水合物二次生成研究现状
    1.3 本文研究的目标、及意义
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究意义
    1.4 本章小结
第2章 实验系统及方法
    2.1 技术路线
    2.2 实验系统
        2.2.1 实验设备
        2.2.2 实验材料
    2.3 实验方法
        2.3.1 不同一次分解时间下水合物二次生成及分解实验
        2.3.2 不同一次分解压力下水合物二次生成及分解实验
    2.4 计算方法
        2.4.1 水合物生成量
        2.4.2 甲烷水合物分解产气量
        2.4.3 水合物平均生成速率
        2.4.4 甲烷水合物饱和度计算
    2.5 水合物一次生成可重复性检验
        2.5.1 不同颗粒级配砂样中水合物一次生成的温压变化
    2.6 水合物分解过程
    2.7 本章小结
第3章 不同颗粒级配下不同分解时间对二次生成动力学影响
    3.1 不同分解时间对水合物二次生成的温压影响
        3.1.1 砂样一下分解时间对水合物二次生成的温压影响
        3.1.2 砂样三下分解时间对水合物二次生成的温压影响
        3.1.3 砂样四下分解时间对水合物二次生成的温压影响
        3.1.4 小结
    3.2 不同分解时间对水合物二次生成诱导时间影响
        3.2.1 砂样一下分解时间对水合物诱导时间影响
        3.2.2 砂样三下分解时间对水合物诱导时间影响
        3.2.3 砂样四下分解时间对水合物诱导时间影响
        3.2.4 小结
    3.3 不同粒径下不同分解时间对水合物二次生成生成速率影响
        3.3.1 砂样一下分解时间对水合物生成速率影响
        3.3.2 砂样三、四中分解时间对水合物生成速率影响
    3.4 水合物二次生成过程中气体耗气量
        3.4.1 分解时间对水合物二次生成耗气量影响
    3.5 不同颗粒级配对水合物二次生成影响
    3.6 本章小结
第4章 不同颗粒级配下不同分解压力对水合物动力学影响
    4.1 不同分解压力对水合物二次生成压力影响
        4.1.1 不同砂样下水合物二次生成压力变化
        4.1.2 小结
    4.2 不同颗粒级配及不同分解压力下水合物饱和度变化
        4.2.1 不同砂样下水合物二次生成饱和度变化
        4.2.5 小结
    4.3 水合物的两种赋存生态分析
        4.3.1 水合物在多孔介质顶部大量富集
        4.3.2 水合物在多孔介质内部少量生成
        4.3.3 不同水合物生成形态的温压对比
    4.4 不同颗粒级配对水合物二次生成影响
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 本研究的创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
附录 B 攻读学位期间所申请的专利目录
附录 C 攻读学位期间的获奖情况

(7)多孔介质内天然气水合物再生长特性与控制机制研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 天然气水合物资源
    1.2 水合物生成动力学研究进展
    1.3 本文研究内容和技术路线
2 实验系统开发与方案设计
    2.1 实验系统开发
        2.1.1 低温高压反应釜实验系统
        2.1.2 核磁共振成像实验系统
    2.2 实验方案设计
        2.2.1 多孔介质材料
        2.2.2 多孔介质内水分布研究
        2.2.3 水合物基本生长模式研究
    2.3 本章小结
3 水合物再生长特性及其稳定性分析
    3.1 再生长特性
        3.1.1 诱导时间
        3.1.2 水转化率
        3.1.3 耗气过程
    3.2 稳定性分析
        3.2.1 典型分解过程
        3.2.2 分解对比
    3.3 本章小结
4 水合物再生长的控制机制研究
    4.1 初始水合物饱和度的影响
        4.1.1 水球表面水合物再生长
        4.1.2 水球内部水合物再生长
        4.1.3 不受传质限制的水合物再生长
    4.2 含水量的影响
    4.3 再生长压力的影响
    4.4 多孔介质组分及孔隙粒径的影响
        4.4.1 玻璃砂
        4.4.2 标准砂
        4.4.3 南海海洋沉积物
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(8)运聚条件对海洋天然气水合物成藏过程影响的数值模拟研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及选题依据
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 选题依据
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 天然气水合物基本性质
        1.2.2 天然气水合物成藏系统
        1.2.3 水合物成藏机理实验
        1.2.4 水合物成藏数值模拟
        1.2.5 存在问题
    1.3 研究内容
    1.4 研究方法及技术路线
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技术路线
    1.5 论文创新点
第2章 研究区水合物成藏地质条件
    2.1 区域地质概况
        2.1.1 研究区位置
        2.1.2 地形地貌特征
        2.1.3 地层特征
        2.1.4 构造沉积特征
    2.2 研究区水合物成藏条件分析
        2.2.1 海洋水合物成藏过程
        2.2.2 区域水合物成藏条件
    2.3 研究区水合物藏分布特征
        2.3.1 水平分布特征
        2.3.2 垂向分布特征
        2.3.3 水合物差异性分布原因
    2.4 本章小结
第3章 水合物成藏过程数值模拟原理
    3.1 水合物气源生烃过程
        3.1.1 生物成因气形成
        3.1.2 热成因气形成
    3.2 含气流体运移过程
        3.2.1 传热-流动耦合过程
        3.2.2 相对渗透率计算
        3.2.3 毛细压力计算
        3.2.4 扩散作用计算
    3.3 水合物形成过程
        3.3.1 水合物相态与组分
        3.3.2 甲烷气体溶解
        3.3.3 水合物形成模型
    3.4 数值模型
        3.4.1 空间离散
        3.4.2 质量和能量守恒差分方程建立
        3.4.3 时间离散
    3.5 模拟软件介绍
    3.6 本章小结
第4章 储层孔渗条件对水合物成藏的影响
    4.1 模型建立及模拟方案设置
        4.1.1 概念模型
        4.1.2 初始条件和边界条件
        4.1.3 模拟方案设置
    4.2 结果及讨论
        4.2.1 均质储层中的水合物形成过程
        4.2.2 非均质性孔渗对气体运移的影响
        4.2.3 非均质性孔渗对水合物形成与分布的影响
    4.3 本章小结
第5章 地层产状对水合物成藏的影响
    5.1 地层倾角对水合物成藏的影响
        5.1.1 模型建立及模拟方案设置
        5.1.2 地层倾角对压力分布与变化的影响
        5.1.3 地层倾角对气体运移的影响
        5.1.4 地层倾角对水合物形成与分布的影响
        5.1.5 倾斜地层中地层渗透率的影响
        5.1.6 倾斜地层中甲烷渗漏速率的影响
    5.2 起伏地形中水合物的形成与分布
        5.2.1 模型建立及模拟方案设置
        5.2.2 下切构造对水合物成藏的影响
        5.2.3 隆起构造对水合物成藏的影响
    5.3 本章小结
第6章 构造通道对水合物成藏的影响
    6.1 不同类型构造通道模型建立
        6.1.1 气烟囱模型建立
        6.1.2 泥底辟模型建立
        6.1.3 断层模型建立
    6.2 结果及讨论
        6.2.1 气烟囱对水合物形成与分布的影响
        6.2.2 泥底辟对水合物形成与分布的影响
        6.2.3 断层对水合物形成与分布的影响
    6.3 运聚条件共同作用下水合物形成过程
        6.3.1 不同运聚条件组合模型建立
        6.3.2 水合物成藏优势运聚条件分析
    6.4 本章小结
第7章 白云凹陷某区块水合物赋存区预测
    7.1 场地模型构建
        7.1.1 地质模型建立
        7.1.2 初始条件设置
        7.1.3 生烃模型构建
    7.2 不同成因气生烃模拟
    7.3 含气流体运移模拟
    7.4 水合物分布及饱和度模拟
    7.5 本章小结
第8章 结论与建议
    8.1 结论
    8.2 建议
参考文献
作者简介、科研成果与所获奖励
致谢

(9)砂质水合物降压开采影响因素与方法的实验研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 水合物认识与资源概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 甲烷水合物合成研究现状
        1.2.2 甲烷水合物开采研究现状
        1.2.3 存在的问题
    1.3 本文研究意义及主要内容
第2章 砂质水合物生成特性的实验研究
    2.1 引言
    2.2 实验概述
        2.2.1 实验材料与装置
        2.2.2 甲烷水合物合成过程
        2.2.3 甲烷水合物各相饱和度的计算
    2.3 甲烷水合物的合成过程及其影响因素
        2.3.1 合成过程中压力和温度的变化规律
        2.3.2 初始水气比对合成过程的影响
        2.3.3 压力对合成过程的影响
        2.3.4 温度对合成过程的影响
        2.3.5 氯化钠对合成过程的影响
    2.4 本章小节
第3章 氯化钠对降压开采影响的实验研究
    3.1 引言
    3.2 实验概述
        3.2.1 实验材料与装置
        3.2.2 实验过程与计算
        3.2.3 甲烷水合物合成与降压开采各相饱和度计算
    3.3 氯化钠对降压开采的影响特性
        3.3.1 甲烷水合物的合成过程中动力学特征
        3.3.2 降压过程中气水生产特征
        3.3.3 降压过程中轴压和围压特征
    3.4 本章小结
第4章 水合物饱和度对降压开采影响的实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验概述
        4.2.1 实验材料与装置
        4.2.2 实验过程与计算
    4.3 水合物饱和度对降压开采的影响特性
        4.3.1 不同饱和度甲烷水合物合成过程特征
        4.3.2 不同饱和度对气水生产和水气比的影响
        4.3.3 降压开采过程中温度特征
    4.4 本章小结
第5章 不同降压幅度开采的实验研究
    5.1 引言
    5.2 实验概述
        5.2.1 实验材料与装置
        5.2.2 甲烷水合物合成与降压开采过程
    5.3 降压幅度开采过程中的特性研究
        5.3.1 甲烷水合物合成过程特征
        5.3.2 不同降压幅度对气水生产和水气比的影响
        5.3.3 不同降压幅度下降压开采过程中温度特征
    5.4 本章小结
第6章 多阶段降压开采的实验研究
    6.1 引言
    6.2 实验概述
        6.2.1 实验材料与装置
        6.2.2 甲烷水合物合成和多阶段降压过程
        6.2.4 实验计算方法
    6.3 多阶段开采过程中的特性研究
        6.3.1 甲烷水合物合成过程特征
        6.3.2 多阶段降压开采对气水生产和水气比的影响
        6.3.3 多阶段降压开采过程中温度特征
        6.3.4 多阶段降压开采过程中能效特征
    6.4 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 主要研究成果与结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的研究成果
博士学位论文独创性说明

(10)四氢呋喃促进甲烷水合物生成实验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 气体水合物简介
        1.1.2 水合物技术应用
    1.2 研究进展
        1.2.1 水合物添加剂研究进展
        1.2.2 水合物结构分析研究进展
        1.2.3 水合物形态学研究进展
    1.3 本文研究内容
2 甲烷-四氢呋喃二元水合物生成动力学研究
    2.1 实验材料及设备
    2.2 实验方法
        2.2.1 实验步骤
        2.2.2 数据处理
    2.3 二元水合物生成宏观动力学分析
        2.3.1 水合物生成过程储气量变化
        2.3.2 水合物生成过程温度、压力变化
    2.4 二元水合物微观结构分析
        2.4.1 水合物生成拉曼光谱分析
        2.4.2 水合物占据空穴特征
    2.5 本章小结
3 甲烷-四氢呋喃二元水合物形态学研究
    3.1 实验材料及设备
    3.2 实验步骤
        3.2.1 宏观生长过程观测
        3.2.2 微观晶体形态观测
    3.3 二元水合物宏观生长特性分析
        3.3.1 水合物宏观生长过程
        3.3.2 不同温度下水合物生长特性
        3.3.3 水合物膜生长特性
    3.4 二元水合物晶体形貌分析
    3.5 本章小结
4 甲烷-四氢呋喃二元水合物经济性分析
    4.1 实验材料及设备
    4.2 实验方法
        4.2.1 实验步骤
        4.2.2 数据处理
    4.3 对比有/无四氢呋喃下水合物生长特性
        4.3.1 对比水合物生长动力学特性
        4.3.2 对比水合物生长形态学特性
    4.4 四氢呋喃促进水合物生成经济性分析
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

四、天然气水合物生成动力学机理的研究(论文参考文献)

  • [1]冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展[J]. 张学民,张梦军,杨惠结,李银辉,李金平,王英梅. 化工进展, 2021(S2)
  • [2]苏丹红7B染色剂对水合物生成分解动力学的影响[J]. 林德才,史博会,宋尚飞,隋金昊,吴海浩,姚海元,李清平,宫敬. 当代化工, 2021(06)
  • [3]海洋天然气水合物成藏系统研究进展及发展方向[J]. 雷裕红,宋颖睿,张立宽,苗来成,程明,刘乃贵. 石油学报, 2021(06)
  • [4]笼型水合物为能源化工带来新机遇[J]. 郎雪梅,樊栓狮,王燕鸿,李刚,于驰,王盛龙. 化工进展, 2021(09)
  • [5]四氢呋喃-甲烷二元水合物空间生长规律研究[D]. 李锋. 大连理工大学, 2021(01)
  • [6]不同颗粒级配下分解压力及分解时间对水合物二次形成影响[D]. 张梦迪. 兰州理工大学, 2021(01)
  • [7]多孔介质内天然气水合物再生长特性与控制机制研究[D]. 程凡宝. 大连理工大学, 2021(01)
  • [8]运聚条件对海洋天然气水合物成藏过程影响的数值模拟研究[D]. 贝科奇. 吉林大学, 2021
  • [9]砂质水合物降压开采影响因素与方法的实验研究[D]. 高强. 太原理工大学, 2021(01)
  • [10]四氢呋喃促进甲烷水合物生成实验研究[D]. 徐楠. 大连理工大学, 2021(01)

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天然气水合物形成的动力学机制研究
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