吳夢(mèng)瑤　湯子余　劉瀏　侯賢沐　李潮　燕凌翀

摘 要： 天然氣水合物生成過(guò)程中，降溫模式對(duì)誘導(dǎo)、結(jié)晶等階段都產(chǎn)生重要影響。實(shí)驗(yàn)室中合成天然氣水合物時(shí)需要降低反應(yīng)體系的溫度，不同的降溫速率會(huì)影響天然氣水合物的誘導(dǎo)時(shí)間、成核時(shí)間、穩(wěn)定性、生長(zhǎng)范圍等。降溫模式對(duì)于天然氣水合物生成影響的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于天然氣水合物評(píng)價(jià)、勘探開(kāi)發(fā)都具有著重要意義。本文針對(duì)降溫模式對(duì)天然其水合物生成過(guò)程中的影響開(kāi)展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，降溫速率越慢，誘導(dǎo)階段所用時(shí)間越多，在相同溫降幅度，不同溫降梯度條件下，緩速降溫合成的天然氣水合物較快速降溫合成的水合物穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞： 降溫模式;水合物;影響因素

基金項(xiàng)目：湖北省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“注二氧化碳開(kāi)采甲烷水合物置換效率研究”

多孔介質(zhì)體系中水合物生成條件并非純體系下的平衡條件，表現(xiàn)為水合物生成的平衡壓力要低于理論值[1]，水合物合成過(guò)程中溫度值也低于理論的相平衡溫度值[2]，加之水合物合成過(guò)程中的鎧甲效應(yīng)[3]，最終導(dǎo)致水合物合成反應(yīng)獲得的儲(chǔ)氣密度要遠(yuǎn)低于理論值。

Chuvlin[4]通過(guò)冰顆粒與水分子合成水合物，數(shù)據(jù)顯示冰顆粒較多孔介質(zhì)能獲得更大的水合物儲(chǔ)氣量。郝妙莉[5]通過(guò)自有實(shí)驗(yàn)裝置，證明了過(guò)冷度能在一定程度上增加水合物的合成量，增大最終儲(chǔ)氣密度。祁影霞[6]從降溫速率角度出發(fā)，快速降溫比緩慢降溫合成水合物時(shí)間縮短21.4%-28.8%。蔣觀[7]利在粗砂體系降溫合成水合物過(guò)程中，表明凍結(jié)土體融化時(shí)，有水合物二次生成的情況。張鵬[8]針對(duì)多孔介質(zhì)中降溫速率對(duì)甲烷水合物的合成影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表明緩慢降溫有利于甲烷水合物在介質(zhì)中大范圍生成。Makogon[9]指出，降溫至0℃以下，水分子結(jié)冰，孔隙體積降低直至封堵，造成水合物合成分布不均勻。王英梅[10]的研究表明溫度梯度在0.07℃/cm，水合物合成最均勻，當(dāng)溫度梯度在0.11℃/cm，多孔介質(zhì)中合成甲烷水合物儲(chǔ)氣量最大。吳冬宇[11]針對(duì)水合物合成過(guò)程的爬壁效應(yīng)，進(jìn)行微波加熱研究，結(jié)果顯示徑向和軸向的溫度變化率降低10倍左右，有助于水合物的合成。

1 實(shí)驗(yàn)儀器

本次實(shí)驗(yàn)所采用試驗(yàn)裝置由江蘇聯(lián)友石油儀器有限公司研制，儀器的模擬儲(chǔ)層室材質(zhì)為304不銹鋼，Φ150×100mm，壓力32MPa，溫度-10℃-30℃，控溫精度±0.05℃。循環(huán)水浴式恒溫控制系統(tǒng)，溫度-10℃-30℃，控溫精度±0.05℃。天然氣增壓系統(tǒng)最大增壓35MPa，控制氣源0.4-0.8MPa，儲(chǔ)氣罐容積400ml。上覆應(yīng)力加載系統(tǒng)的流量為0-60ml/min，壓力50MPa，精度0.05MPa。進(jìn)水系統(tǒng)流量0.01-9.99ml/min。進(jìn)氣系統(tǒng)流量范圍0-500SCCM。抽真空系統(tǒng)的真空度為-0.1-0MPa。采集系統(tǒng)可采集記錄的內(nèi)容包括壓力、溫度、流量等。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)選用一定礦化度的水（2%質(zhì)量濃度NaCl溶液）和甲烷氣體反應(yīng)，進(jìn)行水合物降壓合成實(shí)驗(yàn)。圖1和圖2分別為快速降溫模式和緩速降溫模式之下實(shí)驗(yàn)過(guò)程中反應(yīng)體系的壓力、溫度雖時(shí)間變化的關(guān)系圖。快速降溫模式下反應(yīng)體系的壓力由降溫之前的6.96MPa最終下降至6.06MPa，降低0.9MPa;緩速降溫模式下反應(yīng)體系的壓力由降溫之前的7.06MPa最終下降至6.06MPa，降低1MPa?？焖俳禍啬Ｊ胶途徦俳禍啬Ｊ浇档蜏囟鹊南嗤?，但是快速降溫模式從反應(yīng)開(kāi)始到結(jié)束所用時(shí)長(zhǎng)為100小時(shí)，誘導(dǎo)階段時(shí)長(zhǎng)為2.4小時(shí);緩速降溫模式所用時(shí)長(zhǎng)為96.2小時(shí)，誘導(dǎo)階段時(shí)長(zhǎng)為4.2小時(shí)。

由圖1和圖2可知，降溫速率的不同導(dǎo)致誘導(dǎo)期有差異，可以看出緩速降溫模式下的誘導(dǎo)時(shí)間大于快速降溫模式下的誘導(dǎo)時(shí)間，說(shuō)明不同的降溫模式會(huì)使得誘導(dǎo)期時(shí)長(zhǎng)發(fā)生改變，降溫速率越慢，誘導(dǎo)階段所用時(shí)間越多。

3結(jié)論

降溫速率對(duì)誘導(dǎo)期有影響，緩速降溫模式下的誘導(dǎo)時(shí)間大于快速降溫模式，降溫速率越慢，誘導(dǎo)階段所用時(shí)間越多，但降溫速度不會(huì)影響水合物最終的合成量;同時(shí)，在降溫幅度一定的情況下，緩速降溫合成的天然氣水合物較快速降溫合成的水合物穩(wěn)定。

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作者簡(jiǎn)介：吳夢(mèng)瑤（1998-），女，湖北武漢人，本科在讀，石油工程專業(yè)。