天然氣水合物是一種具有非化學(xué)計(jì)量性的、束縛有氣體分子的籠型冰狀固體化合物。因其具有高能量密度和低環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì),被視為21世紀(jì)最具商業(yè)開采前景的新型清潔能源。然而,隨著海洋油氣開采走向深水,輸送管線可能存在水合物堵塞風(fēng)險(xiǎn),從而造成生產(chǎn)中斷,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)䦷砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失和安全隱患。因此,管道水合物堵塞過程及堵塞抑制研究對(duì)深水油氣田開發(fā)具有重要意義。為了開展天然氣水合物管道堵塞特性實(shí)驗(yàn)研究,本文設(shè)計(jì)搭建了一套搖擺釜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用全可視耐壓管作為釜主體,設(shè)計(jì)耐壓7 MPa,通過伺服電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)角度和頻率的搖擺,能夠?qū)崿F(xiàn)模擬深水油氣輸運(yùn)管道運(yùn)行過程中水合物的生成與堵塞,通過溫度、壓力傳感器監(jiān)測(cè)釜內(nèi)溫壓變化,獲得相平衡特性。通過CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀測(cè)水合物生長形態(tài),同時(shí),釜上留有抑制劑注入口,可以開展管道天然氣水合物抑制劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),為管道水合物堵塞模型建立與抑制劑的評(píng)價(jià)提供設(shè)備基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)條件。進(jìn)行了搖擺釜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試與管道水合物堵塞特性實(shí)驗(yàn)研究。利用CCD攝像機(jī)觀測(cè)到水合物生成、團(tuán)聚并沉積的演變過程,該過程包括:初始結(jié)晶、水膜凝結(jié)、環(huán)壁生長、沉積硬化、以及水合物快速分解降壓冰堵。不同含水率對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:含水率在60%左右,水轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高。不同搖擺角度、搖擺頻率多組對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:隨著搖擺角度的增大和搖擺速率的增加,會(huì)縮短誘導(dǎo)時(shí)間,但延長反應(yīng)時(shí)間,而不會(huì)改變最終水轉(zhuǎn)化率和水合物在液相中的體積分?jǐn)?shù)。獲得了不同親疏水壁面條件水合物生成誘導(dǎo)時(shí)間t_a(t)、水轉(zhuǎn)化率WC(%)以及水合物在液相中的體積分?jǐn)?shù)?(%)等參數(shù),定量分析了潤濕特性對(duì)管道水合物生長堵塞的影響。結(jié)果表明:親水界面對(duì)水合物生長速率有阻礙作用,但對(duì)水轉(zhuǎn)化率(即水合物最終生成量)無明顯影響;疏水界面不僅能夠提高水合物生成速率,而且顯著提高了水轉(zhuǎn)化率,使水合物最終生成量增加。同時(shí)由于疏水界面使水合物難粘附于管壁面,不易出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象。定量分析了不同濃度乙二醇(MEG)對(duì)管道水合物生長堵塞抑制作用的影響,初步確定了在管道初始?jí)毫?.5 MPa,溫度8℃實(shí)驗(yàn)條件下,不造成水合物管道堵塞最小劑量范圍:當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.2時(shí),將很難生成水合物;當(dāng)在0.1左右時(shí),水合物呈絮狀物非均勻分散在液相中,隨液相流動(dòng);而當(dāng)?shù)陀?.05時(shí),仍然會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE973
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 天然氣水合物研究的現(xiàn)實(shí)意義
    1.2 混輸管道水合物流動(dòng)安全保障
        1.2.1 管道流動(dòng)安全保障技術(shù)
        1.2.2 管道水合物堵塞防治措施
    1.3 混輸管線水合物沉積堵塞研究進(jìn)展
        1.3.1 流動(dòng)過程中水合物沉積研究進(jìn)展
        1.3.2 水合物生成裝置調(diào)研研究
        1.3.3 親疏水界面條件下水合物生成研究進(jìn)展
    1.4 本文研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
2 搖擺釜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建
    2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        2.2.1 主高壓可視釜
        2.2.2 搖擺系統(tǒng)
        2.2.3 注氣與注液系統(tǒng)
        2.2.4 數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)
    2.3 實(shí)驗(yàn)操作流程及實(shí)驗(yàn)材料
        2.3.1 實(shí)驗(yàn)操作流程
        2.3.2 實(shí)驗(yàn)材料
        2.3.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置誤差分析
    2.4 本章小結(jié)
3 搖擺釜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試與管道水合物堵塞特性實(shí)驗(yàn)研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中主要控制因素
    3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中水合物生長評(píng)價(jià)計(jì)算方法
        3.2.1 誘導(dǎo)時(shí)間的確定
        3.2.2 水轉(zhuǎn)化率計(jì)算方法
    3.3 主要控制因素對(duì)系統(tǒng)水合物生長的影響
        3.3.1 含水率對(duì)水合物生長的影響
        3.3.2 搖擺頻率對(duì)水合物生成因素的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 管道水合物堵塞抑制實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 親疏水界面對(duì)管道水合物堵塞影響實(shí)驗(yàn)
        4.1.1 親疏水表面處理
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    4.2 MEG對(duì)管道水合物堵塞抑制效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)
        4.2.1 MEG對(duì)水合物生長抑制機(jī)理
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝

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