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        技術支持

        儲氣罐中天然氣水合物生成的溫度特性研究
        為了研究儲氣罐中天然氣水合物生成的溫度變化特征, 利用自制的天然氣水合物三維模擬裝置從甲烷氣體和水溶液中成功生成了甲烷水合物, 通過溫度-壓力變化對甲烷水合物在多孔介質中的整個生成過程進行了研究。 實驗結果表明, 注氣從垂直中心井注入, 導致中心區域溫度升高, 并向四周蔓延, 水合物從中心井往外聚集。 由于多孔介質的毛細管作用, 甲烷水合物在多孔介質中產生爬壁效應, 外側水合物生成較多, 在多孔介質中呈不均勻分布。
        關鍵詞:儲氣罐; 天然氣水合物; 多孔介質; 溫度; 壓力
        天然氣水合物(Natural Gas Hydrate, NGH)是在一定條件下(合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH 值 等)由天然氣(氣相)和水(液相)作用生成的類冰的、非化學計量的籠形結晶化合物(固相)。 自然界中存在 的NGH 其主要成分為甲烷(>90%),所以又稱為甲烷水合物(Methane Hydrates)。 天然氣水合物主要存在于多孔介質中,如海底沉積物和高緯度區的永久凍土帶。
        調查研究表明[1-2],我國海域及其周圍地區存在大量的天然氣水合物,其中包括我國南海北部陸坡、東海陸坡、南沙海槽以及青藏高原、祁連山凍土區等。目前,對天然氣水合物生成進行監測的方法主要包括直接觀察法[3]、壓力判斷法、聲學檢測、CT 技術[4]和核磁共振成像技術]等。
        其中,直接觀察法和通過壓力變化推斷水合物生成的方法雖然造價低,但是精度也較低;光學檢測雖然造價較低、性能較好,但僅可對可視釜中的水合物進行檢測,對整個多孔介質中水合物生成情況無能為力;聲學檢測技術雖然具有很好的性價比, 但不能夠生成直觀圖像;CT技術和核磁共振成像技術(MRI)可以完成高精度的實驗研究,但價格較高。 對多孔介質中水合物生成過程的監測技術還有電阻法和溫度-壓力法。
        電阻法就是水合物生成模擬器中布置多根電極,并給定電場,通過測量不同電極之間的電阻率變化來監測水合物的生成過程。溫度-壓力法是一種較為成熟的監測水合物生成過程的方法,該方法直觀,實驗成本低,其測量原理是天然氣水合物生成放熱的變化而引起的溫度變化。
        劉春陽等人在自行設計的天然氣水合物生成試驗裝置上,發現反應溫度越低,水合物的反應速率越快。 龐維新等人通 過 10 L 的靜態反應器,發現氣體溫度對甲烷水合物的誘導期和生成速度也有重要影響,氣體溫度越低,甲烷水合物生成誘導期越短,生成速度越快。 同時,甲烷水合物生成熱不能及時被帶走, 反應液體溫度將迅速升高,導致甲烷水合物生成速度很快變小甚至停止。 楊新等人通過 7 L 的反應釜在 0 ℃ 以上、0 ℃附近和 0 ℃ 以下三種不同溫度下生成甲烷水合物, 發現甲烷水合物在 0 ℃以上生成比較快,在 0 ℃ 附近儲氣量大,水合物在整個砂層中分布比較均勻,在 0 ℃ 以下水合物生成主要受甲烷氣體的擴散控制。 因此,可以通過對溫度數據的分析來判定是否有天然氣水合物生成,同時也可以根據溫度的變化定性地分析天然氣水合物的分布情況。 本文利用自行設計建造的天然氣水合物新型三維模擬實驗裝置進行了水合物生成實驗, 通過溫度-壓力的變化來研究儲氣罐內天然氣水合物的生成過程
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