隨著海洋油氣資源開發(fā)的日益興起,海底管道多相混輸技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但水合物極易在海底高壓低溫的環(huán)境下生成,當(dāng)水合物和蠟沉積現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)時(shí),兩者之間的生成過(guò)程相互影響,對(duì)管道安全運(yùn)行帶來(lái)極大的威脅。為此,明確含蠟原油在深海管道中水合物的生成機(jī)制對(duì)于保障集輸安全至關(guān)重要。本文重點(diǎn)研究了水合物在油-氣-水-蠟多相復(fù)雜體系中的生成規(guī)律,并探究了蠟晶對(duì)水合物生成的影響機(jī)制。首先,本文利用帶有在線粘度計(jì)的高壓釜對(duì)水合物在乳狀液中的生成規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。提出了利用體系粘度變化判定水合物生成誘導(dǎo)期的新方法,通過(guò)探究乳狀液中含水率、乳化度、剪切擾動(dòng)以及歷史效應(yīng)等因素對(duì)水合物生成誘導(dǎo)期及生成速率的影響,揭示水合物在乳狀液中油水界面優(yōu)先成核生長(zhǎng)的機(jī)制,并發(fā)現(xiàn)歷史效應(yīng)中的殘余氣體可促使油水界面處更易達(dá)到水合物成核所需臨界氣體濃度,進(jìn)而加快其成核速率。其次,進(jìn)行了含蠟乳狀液復(fù)雜體系中的水合物生成實(shí)驗(yàn),通過(guò)研究不同含蠟量、含水率及剪切擾動(dòng)下水合物的生成,探明了蠟晶對(duì)水合物的抑制作用。從質(zhì)量傳遞、吸附效應(yīng)、交叉成核等方面探究了蠟晶阻礙水合物生成的原因,蠟晶析出后乳狀液體相粘度變大,降低分子擴(kuò)散系數(shù),同時(shí)蠟晶吸附在水滴表面,占據(jù)了水合物生成空間,減小交叉成核的幾率,并阻礙水合物生成,2.2MPa、3.5℃條件下,含蠟量8%的乳狀液中水合物生成誘導(dǎo)期相對(duì)不含蠟體系延長(zhǎng)了60min。再次,本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)水合物在乳狀液中的成核機(jī)制做進(jìn)一步研究。建立了乳狀液模擬體系,研究了乳狀液中水合物的成核過(guò)程。通過(guò)水合物籠數(shù)演變規(guī)律、F_(4φ)有序參數(shù)以及水分子和客體分子密度分布等參數(shù),明確了水合物的成核位置和生長(zhǎng)規(guī)律,乳狀液模擬體系中水合物易在水滴內(nèi)界面1nm厚度范圍內(nèi)成核生長(zhǎng),且隨著模擬體系中含水率和水滴界面面積的增加水合物生成速率加快。最后,將蠟晶模型加入到乳狀液模擬體系中,量化分析了含蠟體系中水分子的運(yùn)移軌跡,發(fā)現(xiàn)水滴易與蠟晶相互吸附,阻礙氣體分子通過(guò)水滴界面擴(kuò)散至內(nèi)部,進(jìn)而減緩了水合物生成速率,并將其初始成核位置由水滴邊界處轉(zhuǎn)移至中心。
【學(xué)位單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE832
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
創(chuàng)新點(diǎn)
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 本課題領(lǐng)域研究概況
        1.2.1 乳狀液中水合物生成規(guī)律研究
        1.2.2 水合物生成與蠟沉積的相互影響研究
        1.2.3 水合物生成分子動(dòng)力學(xué)模擬研究
    1.3 本研究的主要內(nèi)容
第2章 乳狀液中水合物生成實(shí)驗(yàn)研究
    2.1 高壓釜實(shí)驗(yàn)
        2.1.1 高壓釜設(shè)備介紹
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        2.1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析方法
    2.2 水合物生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究
        2.2.1 水合物生成誘導(dǎo)期
        2.2.2 含水率對(duì)水合物生成的影響
        2.2.3 釜內(nèi)剪切擾動(dòng)對(duì)水合物生成的影響
        2.2.4 歷史效應(yīng)對(duì)水合物生成的影響
        2.2.5 溫度對(duì)水合物生成的影響
        2.2.6 壓力對(duì)水合物生成的影響
    2.3 本章小結(jié)
第3章 蠟晶對(duì)水合物生成影響實(shí)驗(yàn)研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)介紹
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)步驟
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析方法
    3.2 蠟晶對(duì)水合物生成影響研究
        3.2.1 含蠟量對(duì)水合物生成的影響
        3.2.2 乳化程度對(duì)水合物生成的影響
        3.2.3 含水率對(duì)含蠟乳狀液中水合物生成的影響
        3.2.4 剪切擾動(dòng)對(duì)水合物生成的影響
    3.3 本章小結(jié)
第4章 乳狀液中水合物成核機(jī)制模擬
    4.1 分子力場(chǎng)
        4.1.1 分子勢(shì)函數(shù)
        4.1.2 分子勢(shì)能模型
    4.2 模擬細(xì)節(jié)與方法
    4.3 水合物生成速率模擬
        4.3.1 高含水率體系模擬
        4.3.2 中含水率體系模擬
        4.3.3 低含水率體系模擬
        4.3.4 含水率對(duì)水合物生成的影響
    4.4 水合物在乳狀液中成核及生長(zhǎng)位置
        4.4.1 高含水率體系成核生長(zhǎng)過(guò)程可視化
        4.4.2 低含水率體系成核生長(zhǎng)過(guò)程可視化
        4.4.3 水合物生長(zhǎng)位置的量化分析
    4.5 模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
        4.5.1 誘導(dǎo)期
        4.5.2 水合物成核及生長(zhǎng)位置
    4.6 本章小結(jié)
第5章 含蠟乳狀液中水合物生成模擬研究
    5.1 模擬細(xì)節(jié)與方法
    5.2 水合物成核前水滴運(yùn)移軌跡
        5.2.1 水滴在模擬體系中的運(yùn)移軌跡
        5.2.2 運(yùn)移軌跡概率分布統(tǒng)計(jì)
    5.3 水合物成核與生長(zhǎng)過(guò)程
        5.3.1 遠(yuǎn)離蠟晶表面水合物生成模擬
        5.3.2 近蠟晶表面水合物生成模擬
        5.3.3 蠟晶表面水合物生成模擬
        5.3.4 三體系模擬結(jié)果對(duì)比分析
        5.3.5 成核與生長(zhǎng)位置研究
    5.4 實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比
        5.4.1 蠟晶對(duì)水滴運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的影響
        5.4.2 蠟晶對(duì)水合物生成速率的影響
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與建議
    6.1 主要結(jié)論
        6.1.1 乳狀液中水合物生成實(shí)驗(yàn)探究
        6.1.2 水合物生成模擬研究
        6.1.3 水合物生成實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比
    6.2 對(duì)今后研究工作的建議
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文及專利
攻讀博士學(xué)位期間參加科研項(xiàng)目及所獲獎(jiǎng)勵(lì)
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2886046