油水体系天然气水合物流动堵塞机理研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:linjavac
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深海油气资源开发过程中,水合物生成堵塞管道的问题严重阻碍了油气资源的安全输送。油水体系中水合物浆流动-堵塞机理的研究是水合物风险管控工作的理论基础,众多学者进行了相关的实验和数值模拟研究,但由于实验介质、实验装置的差异致使相关的实验结论并不统一,此外,多数学者采用Fluent等商业软件对水合物浆流动特性进行了数值模拟研究,模拟结论一定程度可以与实验结论吻合,但由于商业软件代码的非开源性导致数值模拟在深入贴合实际过程中难以植入数值模型,本文针对上述问题开展研究,研究成果可为水合物风险管控工作提供理论指导。为了掌握油水体系中水合物浆流动-堵塞机理,本文分别在高压反应釜和高压环道中研究分析了油水体系及含砂体系中水合物形成及聚集形态、油水体系中水合物浆液流动-堵塞特性,并基于管内含水合物颗粒固液流动的数值模型,搭建了OpenFoam数值模拟平台并模拟研究了管内含水合物颗粒的固液瞬态流动特性。对于天然气水合物形成及聚集形态,结果表明:Span80浓度上升,乳状液稳定性增强,水合物形态先由块状变化至分形聚集体,进而变化为颗粒状,形成稳定的水合物浆。含粉砂体系水合物颗粒含有包裹砂粒和不包裹砂粒的两种形态,附壁水合物层呈分层结构;含砂体系中泥沙颗粒以含砂水合物颗粒碰撞粘附和卷携砂粒的形式进入水合物层中;基于实验结果,建立了含砂水合物层物理模型及附壁水合物层生长的一维数学模型。对于油水体系中天然气水合物浆流动-堵塞特性,结果表明:高初始压力、低流速、低含水率情况下,管道内易于发生水合物堵塞现象;水合物包络体的存在形式导致较低水合物含量情况下(<2wt.%),管内仍存在水合物堵塞风险;考虑水合物包络体的存在形式,结合水合物沉积过程的分析,修正了现有的油水体系水合物堵塞机理。对于管内含水合物颗粒的固液瞬态流动特性模拟研究,结果表明:建立的管内含水合物颗粒固液流动数值模型较为可靠;沿管道径向,水合物颗粒相分数呈梯度分布,管道底部颗粒相分数最大,沿管道轴向,管道上部区域中水合物颗粒相分数逐渐减小,而管道下部区域中水合物颗粒相分数逐渐增大,即:管道末端发生水合物沉积堵塞管道的风险最大;水合物颗粒粒径越大,水合物颗粒在管内的分布越不均匀,管道末端水合物沉积趋势越大;入口颗粒相分数越大及入口流速越大,水合物颗粒在管内的分布越均匀,水合物颗粒越不易于沉积。
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