二氧化碳水合物浆液在不同含水率下的流动特性

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.06.009

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (6): 54-59.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.06.009

二氧化碳水合物浆液在不同含水率下的流动特性

伍盛一¹(), 刘冠良²(), 董美¹, 顾锦彤¹

^1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.中海油深圳海洋工程技术服务有限公司，天津 300459

收稿日期:2022-11-07 修回日期:2023-03-25 出版日期:2023-12-25 发布日期:2023-12-30
通讯作者: 刘冠良
作者简介:伍盛一（1998⁃），男，硕士研究生，从事天然气水合物生成动力学方面的研究；E⁃mail：314045421@qq.com。
基金资助:
辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2020027)

Flow Characteristics of Carbon Dioxide Hydrate Slurry under Different Water Content

Shengyi WU¹(), Guanliang LIU²(), Mei DONG¹, Jintong GU¹

^1.College of Petroleum Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.CNOOC Offshore Engineering Solutions Co. ，Ltd. ，Tianjin 300459，China

Received:2022-11-07 Revised:2023-03-25 Published:2023-12-25 Online:2023-12-30
Contact: Guanliang LIU

摘要/Abstract

摘要：

石油和天然气行业正努力寻求更好的天然气水合物管理方法，因此需要更好地了解多相流中水合物的形成和堵塞趋势。利用高压可视流动环路研究了二氧化碳水合物的形成和水合物浆液在完全分散和部分分散系统流动条件下的性质。结果表明，在高含水率的完全分散相体系中，气体分子与水的接触面积较大，能够充分地生成水合物，对环路内流量有较大的影响；对于不同含水率条件下的两种体系，由于高含水率体系中的油水界面被破坏得较严重，生成的大量水合物更容易堵塞环路，而低含水率体系中的油水界面在被破坏后能够生成新的油水界面，因此堵管风险较低。深入地了解水合物的形成过程和稳定性，能够准确地预测和应对堵塞的风险，对开发高效水合物管理策略是至关重要的。

关键词: 水合物浆液, 含水率, 完全分散, 部分分散

Abstract:

As the oil and gas industry strives to find better gas hydrate management methods, it is necessary to better understand the hydrate formation and plugging trend in multiphase flow.The high?pressure visual flow loop is used to study the formation of carbon dioxide gas hydrate and the properties of hydrate slurry under the flow conditions of complete dispersion and partial dispersion system.The results show that for the fully dispersed phase system with high water content, the contact area between gas molecules and water is larger, and hydrate can be fully generated, which has a great impact on the flow in the loop. For the two systems with different water content, because of the oil?water interface in high water content is damaged more violently, a large amount of hydrate is easier to block the loop.The oil?water interface in low water content can be supplemented after being damaged, so the risk of pipe plugging is low.

Key words: Hydrate slurry, Water cut, Fully?dispersed, Partially?dispersed

中图分类号:

TE89

伍盛一, 刘冠良, 董美, 顾锦彤. 二氧化碳水合物浆液在不同含水率下的流动特性[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(6): 54-59.

Shengyi WU, Guanliang LIU, Mei DONG, Jintong GU. Flow Characteristics of Carbon Dioxide Hydrate Slurry under Different Water Content[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(6): 54-59.

图/表 7

图1 高压可视环路装置

表1 实验条件及堵塞情况

实验编号	含水率/%	压力/MPa	流量/（m³ $⋅$ h^-1）	堵塞情况	流动条件
1	85	2.40	0.50	未堵塞	完全分散
2	85	2.80	0.50	堵塞	完全分散
3	85	3.20	0.50	未堵塞	完全分散
4	85	2.40	0.40	堵塞	完全分散
5	75	2.40	0.40	堵塞	完全分散
6	65	2.40	0.40	堵塞	部分分散
7	55	2.40	0.40	堵塞	部分分散

表1 实验条件及堵塞情况

实验编号	含水率/%	压力/MPa	流量/（m³ $⋅$ h^-1）	堵塞情况	流动条件
1	85	2.40	0.50	未堵塞	完全分散
2	85	2.80	0.50	堵塞	完全分散
3	85	3.20	0.50	未堵塞	完全分散
4	85	2.40	0.40	堵塞	完全分散
5	75	2.40	0.40	堵塞	完全分散
6	65	2.40	0.40	堵塞	部分分散
7	55	2.40	0.40	堵塞	部分分散

图2 部分分散体系及完全分散体系（a）部分分散相（起始温度）（b）完全分散相（堵塞温度）

图3 高含水率及不同压力下流体的流量?时间关系曲线

图4 乳状液破乳后的图像

图5 处于油水界面的水合物

图6 不同含水率下流体的流量?时间关系曲线

参考文献 29

1	DENDY SLOAN E， KOH C A. Clathrate hydrates of natural gases［M/OL］.3th ed. Boca Raton：CRC Press，2007［2022⁃10⁃08］.https：//doi.org/10.1201/9781420008494.
2	宫越，施而修，邬长武，等.格陵兰岛西部巴芬湾天然气水合物流体运移系统［J］.东北石油大学学报，2021，45（4）： 46⁃56.
3	张在孝，张雪，陈立涛，等.某深水油田集输管线水合物生成预测及防治［J］.油田化学，2021，38（3）：524⁃528.
4	SKOVBORG P，RASMUSSEN P.A mass transport limited model for the growth of methane and ethane gas hydrates［J］.Chemical Engineering Science，1994，49（8）：1131⁃1143.
5	JOSHI S V，GRASSO G A，LAFOND P G，et al.Experimental flowloop investigations of gas hydrate formation in high water cut systems［J］.Chemical Engineering Science，2013，97：198⁃209.
6	米祥冉，何利民，罗小明，等.段塞流从单管流入并联分离器的分流实验研究［J］.石油化工高等学校学报，2020，33（5）：59⁃66.
7	HERNANDEZ O C.Investigation of hydrate slurry flow in horizontal pipelines［D］.Tulsa：University of Tulsa，2006.
8	AMAN Z M，BROWN E P，DENDY SLOAN E，et al.Interfacial mechanisms governing cyclopentane clathrate hydrate adhesion/cohesion［J］.Physical Chemistry Chemical Physics，2011，13（44）：19796⁃19806.
9	ASPENES G，DIEKER L E，AMAN Z M，et al.Adhesion force between cyclopentane hydrates and solid surface materials［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2010，343（2）：529⁃536.
10	SOHN Y H，KIM J，SHIN K，et al.Hydrate plug formation risk with varying watercut and inhibitor concentrations［J］.Chemical Engineering Science，2015，126：711⁃718.
11	DAVIES S R，BOXALI J A，KOH C A，et al.Predicting hydrate⁃plug formation in a subsea tieback［J］.SPE Production & Operations，2009，24（4）：573⁃578.
12	SINQUIN A，PALERMO T，PEYSSON Y.Rheological and flow propertiesof gas hydrate suspensions［J］.Oil & Gas Science and Technology，2004，59（1）：41⁃57.
13	CAMARGO R，PALERMO T，SINQUIN A，et al.Rheological characterization of hydrate suspensions in oil dominated systems［J］.Annals of the New York Academy of Sciences，2000，912（1）：906⁃916.
14	MUELLER S，LLEWELLIN E W，MADER H M.The rheology of suspensions of solid particles［J］.Proceedings of the Royal Society A：Mathematical，Physical and Engineering Sciences，2010，466（2116）：1201⁃1228.
15	ZERPA L E，SALAGER J L，KOH C A，et al.Surface chemistry and gas hydrates in flow assurance［J］.Industrial & Engineering Chemistry Research，2011，50（1）：188⁃197.
16	袁琳.聚合物表面活性剂的乳化特性及运移规律［J］.油田化学，2021，38（2）：301⁃309.
17	王克亮，张伟，庄永涛，等.碱和表面活性剂用量对弱碱三元体系乳状液稳定性的影响［J］.东北石油大学学报，2020，44（4）：48⁃55.
18	KOH C A，DENDY SLOAN E，LACHANCE J W.Investigation of gas hydrates using differential scanning calorimetry with water⁃in⁃oil emulsions［D］.Golden：Colorado School of Mines，2008.
19	LACHANCE J W，DENDY SLOAN E，KOH C A.Effect of hydrate formation/dissociation on emulsion stability using DSC and visual techniques［J］.Chemical Engineering Science，2008，63（15）：3942⁃3947.
20	RAMAN A K Y，VENKATARAMANI D，BHAGWAT S，et al.Emulsion stability of surfactant and solid stabilized water⁃in⁃oil emulsions after hydrate formation and dissociation［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2016，506：607⁃621.
21	VIJAYAMOHAN P，MAJID A，CHAUDHARI P，et al.Hydrate modeling & flow loop experiments for water continuous & partially dispersed systems［C］//Offshore Technology Conference. Houston：OTC，2014：OTC⁃25307⁃MS.
22	VIJAYAMOHAN P，MAJID A，CHAUDHARI P，et al.Understanding gas hydrate growth in partially dispersed and water continuous systems from flowloop tests［C］//Offshore Technology Conference.Houston：OTC，2015：OTC⁃25661⁃MS.
23	VIJAYAMOHAN P，MAJID A A A，CHAUDHARI P，et al.Gas hydrate formation & interactions for water continuous & partially dispersed systems［C］//Offshore Technology Conference. Houston：OTC，2016：OTC⁃27277⁃MS.
24	孙龙德，伍晓林，周万富，等.大庆油田化学驱提高采收率技术［J］.石油勘探与开发，2018，45（4）：636⁃645.
25	樊奇，李清平，李丽霞，等.琼东南盆地中央峡谷天然气水合物成藏模式［J］.东北石油大学学报，2021，45（5）：13⁃20.
26	张晓冉，孟祥海，赵鹏，等.聚合物及聚合物/表面活性剂二元复合驱油体系在超长岩心中运移规律［J］.油田化学，2017，34（2）：312⁃317.
27	王德民，程杰成，吴军政，等.聚合物驱油技术在大庆油田的应用［J］.石油学报，2005，26（1）：74⁃78.
28	赵凤兰，侯吉瑞，李洪生，等.聚合物驱后二次聚驱可行性及质量浓度优化研究［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2010，34（4）：102⁃106.
29	曹潇潇，艾小倩，郭云均，等.二氧化碳置换开采天然气水合物的现状研究［J］.广州化工，2023，51（13）：10⁃12.

[1]	韩长霖, 付煜, 厚欣怡, 李佳琦, 王伟, 孙海. 含水率对单轴加载砂岩红外辐射特性的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(6): 60-66.
[2]	杨东海, 程晓瑞, 栾健, 仲洪旭, 陈朝辉, 赵昕铭, 谢卫红, 云庆. 大港页岩油高频脉冲处理参数优化研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(2): 1-6.
[3]	程振玉, 王丹, 谢飞, 姜锦涛, 杨海燕. 油水两相流体系下的CO₂腐蚀行为研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(1): 41-46.
[4]	孙暋皓,马贵阳,汪笑楠,李丹,孙蕾,王会香. 集输管道弯管内油水两相流压力变化数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2013, 33(3): 51-54.
[5]	赵海钢，曹祖宾，李丹东，石薇薇. 内蒙古扎赉特旗油砂油的脱水实验[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2012, 32(1): 29-31.

二氧化碳水合物浆液在不同含水率下的流动特性

Flow Characteristics of Carbon Dioxide Hydrate Slurry under Different Water Content

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 29

相关文章 5

编辑推荐

Metrics