螺旋管流及其强化天然气水合物生成特性研究

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1、学号：12104615常州大学硕士学位论文螺旋管流及其强化天然气水合物生成特性研究研究生李建敏王树立教授指导教师饶永超实验员学科、专业名称石油与天然气工程研究方向含水合物相变的多相流特性研究2015年4月StudyonCharactersofSpiralPipeFlowandTechnologyofStrengtheningNaturalGasHydrateFormationFocusedonSpiralPipeFlowADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByLiJian-Min(PetroleumandNaturalGasEngineeri

2、ng)DissertationSupervisor:Prof.WangShu-liApr.2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关

3、部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。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、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要为了保证油气输送管道的正常运行，必须采取一定的方法和技术来抑制管道内水合物的大量生成。天然气水合物防治动态控制技术是一种新型水合物防治技术，该技术并不完全杜绝水合物的生成，而是允许一定量的水合物在管道内生成，并随管道内油气一同流动。该技术的实现以管道内生成的水合

4、物运动规律的掌握为前提，而管道内水合物生成位置又决定了其运动规律。为了预测并控制天然气水合物的流动状态，可利用气液两相螺旋管流促进水合物在管道特定位置处生成，最终为天然气水合物防治动态控制技术的实现与推广提供理论支持。利用自行设计搭建的实验装置实验研究了添加低质量浓度SDS体系由金属叶轮诱导产生的气液两相螺旋管流特性。结果表明，SDS的添加使得气液表面张力大幅度减小，故减小了气液相间传质阻力，并提高了气液掺混程度，最终使得螺旋弥散流更容易出现，并成为实验中最普遍的流型。因为出现螺旋弥散流时，气液掺混程度最大、气液接触面积最大、气液相间传质及传热速率最大，故保持这一流型的出现对天然气水合物快速

5、生成具有积极影响。利用自行设计的管道式气体水合物综合实验平台考察了管道流动体系气体水合物生成及其流动规律。考虑到实验安全和经济性，实验介质选取为CO2和水，实验温度为6.5～8.5℃，实验初始压力为4.5MPa，体积含气率为31.16%。发现CO2水合物首先在管道内壁处生成，然后逐渐向管道中心生长，最终造成管道的堵塞。此外，利用水合物生成管道沿程压降数据计算了管道水力坡降，并结合含水合物体系多相流管道压降关联式确定了管道减阻系数。除此之外，还考察了离子液体及生物表面活性剂溶液在静态反应釜体系下对CO2水合物相平衡压力及其储气量的影响。结果发现低质量浓度的离子液体MIMPSDBSA、PI

6、PSDBSA、PYPSDBSA及生物表面活性剂RhaC10C10添加都可以使CO2水合物相平衡压力显著下降，并且提高了CO2水合物的储气密度。最后，在对油气混输管道体系已生成天然气水合物固体颗粒受力分析的基础上，建立了管道流动体系天然气水合物固体颗粒运动数学模型，并利用该模型进行了实例计算。关键词:气液两相流；螺旋管流；天然气水合物；生成强化；模型ABSTRACTSomemeasureshavetobetakentoinhibittherapidformationofnaturalgashydrates,oroil-gastransportationpipelineswouldbe

7、pluggedbysolidhydrates.Thetechnologyofhydrateinhibitionbythetheoryofcontrollingdynamicallywillnotputanendtoformationofhydratesabsolutely,andsmallhydratesolidparticleswillmovealongthepipelines.However,thiste