油水体系水合物生长过程与盐析效应研究

《油水体系水合物生长过程与盐析效应研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TE832单位代码：11414学号：2012314023题目油水体系水合物生长过程与盐析效应研究学科专业油气储运工程研究方向多相管流及油气田集输技术博士生吕一宁指导教师宫敬教授陈光进教授二○一七年五月StudyonHydrateGrowthandDesalinationEffectsinWater/OilDispersionDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsf

2、orthedegreeofDoctorofEngineeringByLvYining（PetroleumStorageandTransportationEngineering）DissertationSupervisorProf.GongJingProf.ChenGuangjinMay,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学

3、位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关

4、数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要在油气工业中，输送的流体经常为油气水多相混合物，在低温高压条件下很容易形成水合物，导致管道堵塞。随着油气的生产和运输向深海和寒冷地区推进，这一问题变得越来越严重。最初，预防水合物堵塞的研究主要关注于热力学抑制剂，但热力学抑制剂存在加剂量大、经济性差和不环保等缺点。从另一角度看，不阻止水合物形

5、成，添加少量阻聚剂以浆液形式输送所形成的水合物，可以实现水合物流动安全管理。水合物虽然是油气输送的一大挑战，但在储冷、脱盐、气体分离和储存等方面却有广泛的应用。不管是应用浆态流动技术保障输送安全，还是评价水合物脱盐、分离、储气方法的有效性，水合物的生长机理都是其中的关键问题。因此，本文研究了油包水乳液体系水合物的生长规律，考察了乳液及水合物浆液的黏度、油-水/油-气-水体系水合物的脱盐规律，主要研究内容如下：（1）利用颗粒可视化显微探头（PVM）、聚焦光束反射测量（FBRM）探头和高压搅拌式反应釜研究了油包水乳液体系水合物

6、的形成过程。结果显示，成核后水合物首先经历了颗粒快速生长阶段，颗粒尺寸增大同时自由水不断减少，随后进入缓慢转化阶段，各相分布与颗粒尺寸逐渐趋稳。在长时间形成后，仍有部分水被包裹在水合物层中，受束缚而难以向水合物转化。（2）根据实验观察，基于FBRM对弦长分布的表征，建立了油包水乳液体系水合物生长模型。模型假设水合物层对水分子和气体分子构成了传质阻碍，因此体系中的水被分成了颗粒外的自由水和颗粒内部的束缚水。气体分子从油相向水-水合物相界面处扩散，在颗粒的外表面与水分子反应；自由水在颗粒表面消耗殆尽，有效反应面积逐渐减小，限制

7、反应的进一步进行。通过模型和实验数据的关联确定了表观动力学常数和自由水分率。计算结果与实验结果吻合良好。结果表明，表观动力学常数随搅拌速率的增加而增加，而自由水分率主要取决于初始含水率。搅拌速率和含水率都会影响水合物的颗粒尺寸，进而影响反应面积。（3）采用高压在线黏度计测量了含不同阻聚剂的油包水乳液和水合物浆液的黏度，分析了水合物形成过程中浆液黏度的变化，考察了温度、加剂类型和含水率对稳定水合物浆液黏度的影响。结果显示，浆液黏度随着水合物的生成显著升高，随后趋于稳定，而油包水乳液和水合物浆液黏度对含水率和温度的敏感性依赖于

8、所加的阻聚剂类型。-II-摘要（4）在常压下进行了盐水-环戊烷（CP）分散体系水合物脱盐实验，分析了不同条件对分解水产率和脱盐效率的影响。结果显示，与普遍采用的高含水体系相比，加入额外的CP能够显著提高分解水的产率，同时脱盐效率保持在80%左右，即体系中水合物相包裹/夹带的残余盐水较少。搅拌速率的增加、