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天然气水合物减压试验研究

作者: 发布日期: 2019-03-27 10:18

纸气水合物是一种新型能源,储量丰富,质量上乘,清洁度高。采矿技术的研究具有理论和实践意义。本文采用天然气水合物开采实验模拟系统,对填砂管模型中的天然气水合物合成和减压实验进行了研究。分析了天然气水合物合成过程中甲烷气体的转化。分析了采矿过程中的天然气产量。研究了产水规律,压差变化以及压差对天然气水合物分解的影响。研究了减压幅度和初始生产温度对减压效果的影响。研究表明,天然气水合物的减压受水合物分解和输出的控制。瞬时产气量波动大,产气率高,主要压降和温度受到影响。产水率很小并且保持不变。更稳定的水平。

前言

天然Gashydrate是一种白色固体结晶材料,由低碳氢化合物如碳氢化合物,二氧化碳和水在高压和低温下与水相互作用而形成。它可以在火灾时燃烧。它通常被称为易燃冰。它是一种非化学计量的结晶化合物,或笼形水合物,天然气水合物[1,2]。天然气水合物中天然气的主要成分是甲烷(90%),因此通常称为甲烷水合物[3]。天然气水合物是一种高密度,高热量,清洁的能源。根据科学家的估计,世界天然气水合物资源的总量转化为甲烷气体,相当于世界上已知的煤,石油和天然气总储量中的两个。时报。中国目前的能源结构是一个污染性的能源结构,备用能源资源严重不足。此外,随着中国石油和天然气资源的枯竭,寻找储量巨大的新替代能源迫在眉睫。根据相关数据分析,中国东海冲绳海槽,台湾东部海域和南海,以及青藏高原冻土层具有天然气水合物形成的条件[4]。因此,开发和加强天然气水合物研究对我国矿产资源的开发利用具有重要意义。

1.1实验材料和仪器

实验材料包括石英砂,蒸馏水,甲烷气,氮气,nacl(分析级)等。该实验仪器是天然气水合物模拟采矿系统

1.2实验结果与分析

1.2.1差压分析

图1-1瞬时压力差随时间的变化

图1-2累积压力随时间的变化

从图1-1和图1-2可以看出,在水合物分解的初始阶段,系统压力差的波动相对较小,这是由于砂填充中伴随的游离气体造成的。管;那么系统压差的变化越来越大,此时水合物分解越来越快,大量产生游离气,游离气对产气率的影响越来越小ngh的分解对系统压差的影响越来越大;分解后,压力差逐渐减小到零,分解速度变得越来越小,最后完全分解。1.2.2天然气产量分析

图1-3瞬时气体产量随时间的变化

从图1-3可以得出结论,瞬时气体产生曲线波动很大,可以看到分析曲线的变化曲线,基本上包括以下三个阶段。

1在初始减压阶段,随着系统压力开始下降,天然气产量迅速增加。这主要是因为填砂管含有游离气,属于含有游离气的ngh油藏类型。当系统压力开始下降时,相关的游离气体将首先迅速膨胀;系统压力和温度接近减压采矿前的平衡值曲线,而减压过程中入口压力和出口压力基本相同,即相当于零维系统,这导致ngh到在平衡曲线下快速分解。

2天然气产量达到峰值后,很快就开始下降。这是因为随着压力的进一步降低和游离气体的大量输出,游离气体对产气率的影响越来越小,ngh分解对产气速度的影响越来越大。

3天然气产量逐渐降至零。随着ngh分解的进行,分解表面积变得越来越小,分解速度越来越小,最终完全分解。

图1-4累积气体产量随时间的变化

从图1-4可以看出,累积气体产生曲线在分解初期波动很大,主要是因为该阶段水合物迅速分解,存在大量的游离气输出;随着时间的推移,曲线逐渐趋于平行,表明水合物分解完成。

从图1-5可以得出结论,在减压过程中,出口端的压力越小,形成的压力梯度越大,水合物分解越快,分解时间越短。

从图1-6中可以看出,初始生产温度越高,水合物的分解越快,分解时间越短。

从上述天然气产量分析可知,在实验条件下,天然气产量的变化规律是产量在发展初期上升较快,然后逐渐变平。随着出口压力逐渐减小,它首先缓慢增加,然后迅速增加。细分市场,然后增长速度逐渐放缓,发展结束时的产量一直很小。在减压过程中,压降变化的幅度和初始生产温度对水合物的分解有很大影响。

1.2.3产水量分析

(1)瞬时产水量分析(图1-7)

图1-7瞬时产水量随时间的变化

从图1-7可以得出结论,水生产曲线与天然气生产法相似,可分为三个阶段。

1初始压力降低时,不产生水,排水时间滞后于气体。这是因为填砂管中水的饱和度相对较小,自由水相对较小,并且水的流动性远小于气体的流动性,因此当压力降低时首先排出气体。

2废气开始流出一段时间,水的生产速度很快升至高峰,然后迅速回落。这是因为在气体推动下,自由水和分解的水将被收集到出口。当积累到一定程度时,它会突然产生并且会产生水的产生高峰。但是,游离水的总量相对较少,并且ngh的初始分解水也很小,并且产水率迅速下降。3水的产生率保持在一个相对稳定的水平,并缓慢下降,直到最终没有水产生。此时,基本上产生了自由水,产出水主要由分解水组成。由于此时ngh的分解速度相对稳定,并且随着分解的表面积减小而缓慢降低,因此产水率也相应地变化。可以看出,产水率主要受ngh分解速度的影响,并且显示出与产气规律相似的特征。

(2)累计产水量分析(图1-8)

图1-8累积水产量随时间的变化

从图1-8可以看出,累积产水曲线在分解初期波动很大,主要是因为该阶段水合物迅速分解;随着时间的推移,曲线逐渐变得平行,表明水合物分解完成。 。

从图1-14可以得出结论,在减压过程中,累积产水规律与累积产气规律相同。出口端的压力越小,形成的压力梯度越大,水合物分解越快,分解时间越短。

从图1-10中可以看出,初始生产温度越高,水合物的分解越快,分解时间越短。

从上述产水量分析可知,在实验条件下,产水量的变化是产量在开发初期上升较快,然后逐渐变平。随着出口压力逐渐减小,它首先缓慢增加,然后迅速增加。细分,则增长速度逐渐放缓。在减压过程中,压降变化的幅度和初始生产温度对水合物的分解有很大影响。

1.2.4综合比较分析

它可以从图1-11和图1-12,该水合物的瞬时产水(气)的变动比较大可以看出,和压力差受到极大影响。在分解的初始阶段,水合物瞬时水(气)波动比较大,水生产规模小,主要是相关联的自由气体的开始,随着挖掘的继续,该气体分解继续加速生产的水也增加了。在分解结束时,产水量非常小。主要原因是在多孔介质中,气体形成气体,一些水被气体取出。

它可以从图1-15和图中可以看出1-16仅存在气体产生在初始阶段,这主要是由于游离气体。当出口压力下降到2MPa的,气体的生产达到峰值期间,并且水产量也如下增加,表明水合物的分解达到峰值;当压力降至1.0mpa时,仅产生气体,表明水合物分解完成;当压力下降到0.1mpa时,会产生一些水,这部分水就会分解。在后期阶段,用气体从注水管中取水。

1.2.6气体转换的计算和分析

具有恒定孔隙体积的砂填充管与水和CH 4饱和时,初始温度和压力为t1,P1和NGH等排合成被执行,并且系统的温度和压力成为T2和P2。对于NGH动力学的计算,CH4的转化率必须首先确定,即确定生成NGH的量。因为ngh是等容合成,合成前水和气体的体积应等于合成后的水,气体和气体的体积。

(1-1)

其中, - 初始温度t1,压力p1水,气体体积,cm1; - 反应后温度t2,压力p2水,气体,ngh体积,cm1。

假设

(1)水和生成的ngh不可压缩;

(2)生成的ngh是理想的,即ch4分子占据ngh的所有空隙。在标准条件下,每单位体积的ngh分解可产生164单位的ch4气体[5]。

合成过程中的压力曲线如图1-10所示。

图1-17压力随时间变化

从图1-17可以看出,当时间达到250分钟时压力变为水平,这表明水合物的合成已经完成,因此我们仅在250分钟之前通过该值分析水合物的合成。

甲烷种类随时间的反应量如图1-21所示。

在图1-21中取8组,得到表1-2。

表1-2插值表

时间(分钟)

0.085

0.001654

47.21

0.009018

70.52

0.018169

79.51

0.115718

87.01

0.111151

95.85

0.186406

160.11

天然气水合物减压试验研究

0.482711

248.54

0.506959

对表1-2中的数据执行自然三次样条插值,并将其与图形拟合。

甲烷随时间拟合的曲线如图1-19所示。

图1-20甲烷变化率

从图1-20可以得到以下结论,以获得在81.2409分钟甲烷转化为水合物的最大速率。在天然气水合物的合成过程中,甲烷气体的转化缓慢增加,迅速增加并迅速减少。在合成的初始阶段,甲烷向水合物的变化速率相对较慢。这个时期属于成核的诱导期。一段时间后,甲烷向水合物的变化速率迅速增加。这个时期是一个快速增长的时期。


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