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低温高压环境下,油气输送管线内经常出现水合物堵塞问题,尤其在深海油气开采领域。传统解决方式存在多种问题,如环境污染、成本高等。浆态水合物输送技术利用水合物高密度储运天然气的特点,既解决水合物堵塞问题,又提高油气输送效率,但该技术的工业应用仍存在一定的困难。因此,本文主要针对管道水合物浆液进行一些基础研究,为实现水合物浆态输送提供有力的技术支持,主要研究内容包括以下部分: (1)本文采用室内循环管道对天然气水合物浆液的流动规律进行研究,在初始含水率范围为5wt%-25wt%的实验条件下,测量了浆液的流量、耗气量、管段压降流动参数,并根据实验数据反算出随时间变化的水合物浆液的表观粘度,并对管路中流体流动的安全性进行评价。 (2)基于测定的流动参数,本文首先建立均相流计算方法,采用幂律体模型对不同初始含水率下的水合物浆液的流变性进行研究,通过分析水合物浆液的流变指数以及粘稠系数,发现水合物浆液是假塑性流体,表现出剪切稀释性。本文通过对比分析,发现除了剪切速率外,体系的初始含水率以及水合物生成量对水合物浆液的粘度也都有很大影响,体系初始含水率越高,水合物生成量越大,水合物浆液的表观粘度越大,表现出的非牛顿流体性质越强。通过进一步分析计算,本文将流体的粘稠系数与水合物量进行关联,获得经验关联式并对幂律体模型进行改进,可以预测管道中水合物浆液的流动摩擦系数。 (3)通过分析实验过程、实验现象及实验数据,在借鉴前人研究成果的基础上,还建立了双流体压降计算模型。在这种计算方法中,在不同体系的初始含水率下将水合物颗粒相引起的摩擦阻力系数与雷诺数进行关联,建立了经验计算公式。 (4)将两种计算结果与实验数据进行分析比较,发现采用均相流模型计算出的结果相对误差更小,结果更可靠。