多相混输管道内水合物形成过程研究进展
多相混输技术
油气水的多相混输技术学院：姓名：班级：学号：2013 年10 月29 日摘要随着油气田的勘探开发逐渐转移到海洋、沙漠、极地等自然环境恶劣的地区，多相流技术得到了越来越广泛的应用，在石油化工行业中地位极其重要，因而也逐渐成为油气储运学科中的研究热点。
本文论述了多相混输具有的许多与单相输送不同的特性，阐述了油田多相混输技术应用的理论基础、研究任务和发展状况，分析了油田多相混输应用中存在的问题，并提出了相应对策。
关键词：多相流，混输技术，水合物，瞬态流动，防腐技术，段塞第一章概论一、多相混输技术的发展现状自20世纪80年代以来，国际上对多相混输技术的研究和应用的步伐不断加快。
目前，已经从试验阶段迈向工业化应用与完善阶段，其中的两项关键技术已经付诸实施：第一项是长距离管道混输技术。
第二项是海底混输增压技术。
早在20世纪60年代，我国大庆油田就曾对三螺杆、单螺杆多想泵进行过开发研制，进入90年代，我国各大油田、石油公司、科研院所日益认识到多相输送的重要性和紧迫性，油田现场对多相输送的要求也日益强烈。
目前我国在油气混输技术也有较大的发展，长庆油田同步回转油气混输泵的研究成功，代表了我国油气混输方面的先进技术。
长庆油田使用的同步回转油气混输泵，采用了独创的气缸与转子之间机械同步运动的机理，具有泵和压缩机的双重功能，大幅度降低了由于运动副之间相对运动造成的机械磨损，实现了连续进、排油气，且泵的进排气压力与系统压力自平衡。
具有结构简单、惯性力小、可靠性高、适应性强、工作范围宽、抗泥沙能力强等特点。
二、多相混输技术的重要性油气混输技术是一种将原油产出物进行混合增压直接输送到联合站的新技术，与传统的采油工艺比较，可以减少油、气分离设备，少建一条输气管线，对于海上油田可以降低平台面积。
油气混输技术的突破，不仅可以大大降低工程投资，对于实现油田的油气全密闭集输以及延长集输半径有着十分重要的意义，同时能够降低井口回压，增加原油和天然气产量，工程投入及井下维修工作量减少，方便了生产管理。
长输管道天然气水合物形成与防治
水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞， 因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。
天然气长输管线水合物生成的预防
输气设备中由于天然气形成水合物而产生的危害是普遍的现 象，因此对其防治非常重要。
天然气水合物(Natural Gas Hydrates)也称水化物或简称水合物， 是在一定压力和温度条件下，天然气中某些气体组分与水形成的一种 复杂的但又不稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物质。密 度为0.88~0.90 g/cm3。其中可形成水合物的典型物质包括：CH4、 C3H6、C2H4、C2H6、CO2 和H2S 等。一般用M⋅nH2O 表示，M 为水 合物中的气体分子，n 为水分子数，如CH4⋅6H2O，CH4⋅7H2O， C2H6⋅7H2O 等。也有多种气体混合的水合物。
大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水分子结构形成笼形 结构，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。至今，在 自然界已经发现了3 种水合物晶格结构：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型、结 构H 型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定的水合物中，一 些孔穴被气态化合物占据，称之为客体分子。只有分子尺寸和几何 形状适宜的气体才能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水合物中无需所有 孔穴均被填满，在Ⅰ型结构的晶格空穴中只能填充CH4、C2H6 小分 子烃类以及H2S等非烃分子；Ⅱ型结构中还可以容纳C3H8、C4H8等 较大的烃类气体分子；而H 型结构除了能容纳上述各种分子外，还 能容纳一般的原油分子i-C5。
降压控制
与管线加热技术原理相似，通过降低体系压力来控制水合物的生成。 有3 种极限情况：等温降压，压力十分缓慢地降低；等焓降压，压力迅 速降低，不发生热传递；等熵降压，压力通过理想膨胀机降低，不发生 热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。
多孔介质中水合物生成与分解二维实验研究
第59卷 第3期 化 工 学 报 Vol159 No13 2008年3月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) March 2008研究论文多孔介质中水合物生成与分解二维实验研究杜 燕1,2,何世辉1,2,黄 冲1,2,冯自平1,2(1中国科学院广州能源研究所;2中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室,广东广州510640)摘要:采用电容、压力、温度测试作为监测手段,自行研制了一套天然气水合物二维开采模拟系统,可用于水合物生成与分解过程中温度场、压力场、分布状态、分解前沿推进速度等动态特性的研究。
水合物生成与分解实验表明,温度是影响水合物大量生成的主要因素;重复实验会加长生成时间,往往首次实验所耗总时间最短,说明水的记忆效应并不是对于所有实验系统存在的普遍现象;实验表现出来的特殊的压力变化曲线和规律还表明晶核形成对水合物晶体的生成并非绝对重要。
理论分析和实验表明,电容法在测试单相水体相变过程中是有效的,水量是影响电容量变化的关键。
在水合物生成过程中,随水合物饱和度的增加、水量的不断减少,电容量总体减小趋势明显。
电容测试方法在水合物实验方面有一定的可行性,尤其对于研究多孔介质中水合物生成分解过程中各相的流动特性极有意义,但是要实现在水合物研究方面的有效利用还需要大量的切实的实验验证。
关键词:天然气水合物;二维;多孔介质;电容中图分类号:TE33 文献标识码:A文章编号:0438-1157(2008)03-0673-08Exp erimental studie s of natural ga s hydrate formation anddissociation in porous media with2D experimental systemDU Y an1,2,HE Shihui1,2,H UANG Chong1,2,FE NG Ziping1,2(1Guangz hou I nstitute of Energ y Conversion,Chinese A cadem y of Sciences;2Key L aboratory of Renew able Energy and Gas H y d rate,Chinese A cadem y of Sciences,Guangz hou510640,Guang dong,China)Abstract:A new two2dimensional experimental system was developed,in which capacitance,pressure, and temperat ure were used to monitor t he formation and dissociation of nat ural gas hydrate(N GH)1The system can simulate t he hydrate formation and dissociation p rocess in a2D reservoir,which included t he temperat ure and pressure field,t he advancement of hydrate dissociation f ront,and t he dist ribution of hydrate1From t he result s of formation and dissociation,it was observed t hat temperat ure was t he key factor cont ributing to t he formation of N GH1Annealing process would lengt hen t he formation and t he first experiment was always t he most time saving,which suggested t hat memory effect s did not exist widely1Special develop ment curves of pressure showed t hat nucleation was not always essential for t he complete growt h of hydrate crystals1Based on t he dielect ric t heory and experimental result s,it was fo und t hat capacitance met hod can be used to measure t he single2p hase develop ment and water was t he mo st important key1In t he formation experiment,capacitance became lower as water volume decreased because of formation of N GH1The validity of t he capacitance met hod used in N GH was proved,especially it s significance in investigating t he flow characteristics of gas and water in formation and dissociation in poro us rock1But a lot of f urt her work needs to do ne for t he effective use of capacitance met hod in N GH.Key words:nat ural gas hydrate;two2dimensional;poro us media;capacity 2007-07-18收到初稿,2007-10-09收到修改稿。
多相混输管道水合物生成及其浆液输送
ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．Ｗ ｉ ｔ ｈ Ｆ Ｂ ＲＭ ａ ｎ ｄ Ｐ Ｖ Ｍ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉｂ ｒ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ
第 ５期
文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ — ５ ０ ０ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ １ ６ ３ － ０ ５
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ５ ０ ０ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ２ ３
多相 混 输 管 道 水 合物 生成 及其 浆液 输 送
ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｌ ｆ ｏ ｗ ｌ ｏ ｏ ｐ ．Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｎ ｍｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｔａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ．ｉ ｔ ｉ ｓ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ — ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ ｌ ｆ ｏ ｗ ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ’ ’ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕ ｍ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｆ ｌ ｏ ｗ ｒ ａ ｔ ｅ ”ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ — ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｌ ｆ ｏ ｗ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｓ Ｃ ａ ｌ ｌ ｂ ｅ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｌ ｆ ｏ ｗ ｌ ｏ ｏ ｐ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ；ｋ ｉ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ；ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ；ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｔａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｆ ｌ ｏ ｗ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ
油水体系水合物生成与堵塞机理研究进展
油水体系水合物生成与堵塞机理研究进展王 成，刘 妮，孟 斐（上海理工大学 能源与动力工程学院 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093）［摘要］综述了油水体系水合物的生成机理与堵塞机理。
水合物形成主要包括结晶成核与晶核生长两个过程。
水合物的堵塞机理主要包括颗粒聚并、管壁黏附和着床沉积机理，其中水合物颗粒间的毛细液桥力是颗粒聚并的主要原因。
未来应采用先进的实验设备和测量技术分析油水体系下水合物生成与堵塞的微观机理，力求定量表征各个因素对水合物生成过程与堵塞时间的影响。
［关键词］水合物；成核；生长；颗粒聚并；沉积；堵塞［文章编号］1000-8144（2021）05-0496-09 ［中图分类号］TE 88 ［文献标志码］AResearch progress on formation and plugging mechanism of hydrate in oil -water systemWang Cheng ，Liu Ni ，Meng Fei（School of Energy and Power Engineering ，University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai Key Laboratoryof Multiphase Flow and Heat Transfer of Power Engineering ，Shanghai 200093，China ）［Abstract ］The hydrate formation and plugging process in oil-water system were summarized. The formation of hydrate mainly contains two processes ，namely ，nucleation and nucleation growth ，while the plugging mechanism of hydrate in oil-water system mainly includes particle coalescence ，pipe wall adhesion and implantation deposition mechanism ，of which the capillary bridging force between hydrate particles plays a key role in their further coalescence. Advanced experimental equipment and measurement technology should be applied to analyze the microscopic mechanism of hydrate formation and occlusion in oil-water system ，which can help to quantitatively characterize the influence of various factors on the hydrate formation process and blockage time.［Keywords ］hydrate ；nucleation ；growth ；particle coalescence ；deposition ；pluggingDOI ：10.3969/j.issn.1000-8144.2021.05.015［收稿日期］2020-11-28；［修改稿日期］2021-01-21。
管内多相流流型及流型转变机理总结
管内多相流流型及流型转变机理总结管内多相流流型及流型转变机理的调研（热能⼯程系，陕西西安 710049）摘要：多相流流型在油⽓⽥开发中有着⼴泛的应⽤，⽆论油藏⼯程，钻井⼯程，采油⼯整还是油⽓⽥地⾯⼯程，都会遇到管内油⽓两相流，油⽔两相流和油⽓⽔三相流，因此能否准确判断管内多相流流型及流⾏转变条件，将直接影响到对管道阻⼒，压降，流量的计算，出现严重偏差时将影响到油⽓⽣产，甚⾄危害到各种设备安全关键词：⽓液两相流；油⽔两相流；流型；流型图；流型转变；1 研究背景多相流是指两种或者两种以上具有不同相态的物质共存并具有明确相界⾯的混合物流动现象[1-3]。
管内油⽓⽔三相流动属于⽓液液三相流动范畴，油⽓⽔混合物流动现象⼴泛存在于⽯油和天然⽓⼯业中，特别是随着油⽓⽥的勘探开发逐渐转移到沙漠、极地、海洋等⾃然环境相对复杂的地区，⽽部分在役油⽓⽥⼜相继进⼊开发的中后期，从勘探开发到油⽓⽥地⾯⼯程，从地下到地⾯，处处都可以找到关于油⽓⽔多相流的应⽤实例[4]。
油⽓是深埋于地下的流体矿藏，多相流动现象⼴泛地存在于油⽓藏的开发与开采过程中。
在油⽓⽥地⾯⼯程中，从井⼝到联合站的集输管道中⼀般都是油⽓⽔混合物流动，在海洋采油中，采⽤多相混输技术，既可省去油⽓分离设备，⼜可减少⼀条输送管道，从⽽⼤⼤减⼩平台⾯积和简化⽣产管理。
⽆论是油藏⼯程，钻井⼯程，采油⼯程还是油⽓⽥地⾯⼯程，都不可避免地会遇到管道中的油⽓两相，油⽔两相以及油⽓⽔三相流动问题，开展此⽅⾯的研究⽆疑会对⽯油⼯业的发展和科技进步产⽣重要作⽤[5-7]。
相对于⽓液两相流的⼴泛研究⽽⾔，管内液液两相流的研究则进⾏的相对较少，⽽且不同研究者的研究结果也相差很⼤[8-13]。
但是⼏乎所有的研究者都认为油⽔混合物的流动特性与⽓液两相流的流动特性存在很⼤差别。
管内油⽓⽔三相流⾮常复杂，管内油⽓⽔三相混合物的流型不仅取决于⽓相和液相的流量，⽽且还与液相的含⽔率有关。
此外，管道的⼏何形状、尺⼨和倾斜⾓，流动稳定性等都对流型有重要的影响。
多相流管输体系中水合物沉积机理研究进展
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2019年第38卷第10期开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：多相流管输体系中水合物沉积机理研究进展任中波1，刘德俊1，黄东维2（1辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001；2中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司，辽宁盘锦121209）摘要：国内外对多相流管输体系中水合物沉积的研究虽然很多，但水合物沉积机理仍有待进一步研究。
本文根据水合物沉积实验开展条件的不同，将多相流管输体系分为气体主导体系、油基体系、部分分散体系、水主导体系，总结了各体系的水合物沉积的主要机理，并提出了未来的发展方向。
管输体系中水合物沉积机理包括水润湿沉积表面、水合物颗粒聚并、水合物的管壁膜生长、水合物颗粒的管壁粘附和水合物的颗粒着床沉积等。
大多数学者认为：水合物的管壁膜生长是气体主导体系水合物沉积的主要机理；油基体系水合物沉积的主要机理是水合物颗粒的着床沉积；而部分分散体系和水主导体系的水合物沉积机理尚无统一定论，需进一步研究。
多相流管输体系中水合物沉积研究未来的发展方向如下。
①搭建全透明的流动环路，观测水合物在管路内实际的形成过程及沉积过程，对水合物沉积机理进行深入研究。
②量化研究油水分层、油包水(或水包油)乳状液、自由水层对水合物沉积、堵塞的影响。
③对于气体主导体系，除环状流和分层流外，有必要对段塞流、气泡流等其他常见的流型下沉积机理进行研究，重点在于开发一个综合模型来描述水合物沉积过程。
④对于水主导体系，水合物形成过程出现的油水破乳的具体机理应是未来水合物沉积过程进行定量研究的方向。
⑤国内外对垂直管、弯管及管阀件处水合物沉积堵塞理论研究较少，未来应着重这方面。
关键词：多相流管输；水合物；沉积机理；气主导体系；油基体系；部分分散体系；水主导体系中图分类号：TE88文献标志码：A文章编号：1000-6613（2019）10-4403-11Review of hydrate deposition mechanism in multiphase flow tubetransport systemREN Zhongbo 1，LIU Dejun 1，HUANG Dongwei 2(1College of Petroleum Engineering,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,Liaoning,China ；2China NationalPetroleum Corporation Liaohe Oilfield Company,Panjin 121209,Liaoning,China)Abstract:Although there are many studies on hydrate deposition in multiphase flow pipeline systems at home and abroad,the hydrate deposition mechanism remains to be further studied.According to the different conditions of hydrate deposition experiment,the multi-phase flow pipeline transportation system is divided into gas-dominated systems,oil-dominated systems,partially-dispersed systems and water-dominated systems.In this paper the main mechanism of hydrate deposition in each system is summarized and the future research direction is proposed.The hydrate deposition mechanism in the pipe transport system includes water wet deposition surface,hydrate particles aggregation,hydrate wall film growth,综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0176收稿日期：2019-01-28；修改稿日期：2019-03-31。
国内外含水合物的深水油气管道多相流理论研究进展
国内外含水合物的深水油气管道多相流理论研究进展X李 娣,李明忠,王建海,刘陈伟(中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛 266555) 摘 要:由于深水长距离油气管线的高压低温环境,使得管道内极易生成水合物,而水合物的生成,会对管道的运输和管道内流体的流动产生巨大的影响。
本文综述了人们长期以来对水合物生长、温度场计算和多相流理论研究中的重要成果。
关键词:天然气水合物;温度场;多相流 中图分类号:T E37 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)08—0001—021 水合物研究现状自19世纪30年代初起,人们开始注意到天然气输气管线中形成的天然气水合物。
在这近200年的时间里,天然气水合物的研究大致经历了三个阶段:第一阶段是从1810年英国科学家Davy 发现天然气水合物并与次年对水合物正式命名并著书到20世纪30年代初。
此时人们仅通过实验室来认识水合物。
第二阶段是自1934年美国的Hammer -schmidt [1]发表了关于水合物造成管线堵塞的有关数据后,人们主要针对工业条件下水合物的预测和清除,开始从负面加深了对气体水合物的研究。
第三阶段是自20世纪60年代[2],特罗费姆克等发现了天然气可以以固态形式存在于地壳中。
可以说,从60年代至今,全球水合物的研究跨入了一个把水合物作为一种能源进行全面研究和实践开发的阶段。
1.1 水合物生成热力学研究进展1959年,Van der waals 和Platteeuw 基于水合物晶体结构的特点,运用经典统计热力学的处理方法,结合Langmuir 气体等温吸附理论,推导出简单的气体吸附模型。
McKoy 和Sinanoglu 在1963年,通过考察了几种不同的势能函数模型后得出,在处理非球形分子时,Kihara 势能函数模型较其它的势能函数模型更为优越。
1985年,John 等人根据实际气体分子的非球形性引入扰动因子来矫正球形分子的Langmuir 常数,对Van der waals ～Platteeuw 模型进行了修正。
天然气长输管道含水化合物的形成及对策
天然气长输管道含水化合物的形成及对策随着我国经济水平的日益提高，国家对于天然气的勘查力度逐渐加重。
由于近年来广大人民群众的生活水平有了很大的提高，在物质和环保方面的需要也日益提高，天然气长输管道也就迎来了它的飞速发展。
随着天然气管道的不断发展和延伸，管道企业需要担负的一系列责任——包括社会责任、经济责任和政治责任，也就越来越大。
为此，企业人员需要尽可能的预防和处理一切有关天然气长输管道的问题。
众所周知，天然气长输管道含水化合物就是一种普遍的现象。
接下来我们就来讨论一下含水化合物的问题。
首先我们需要对天然气长输管道含水化合物有一定的了解天然气水化合物是一种白色的结晶物质，是一种固体。
在一定的压力和温度条件下，天然气中的烃分子和其中的游离水接触，结合形成一种类似冰结晶的化合物，在形成过程中水分子是依靠氢键来形成一种带有大孔穴和小孔穴的结晶晶格体，其中这些孔穴会被小的气体分子填充。
由于其经常在天然气或凝析油管道中形成从而造成阀门、管道以及一些处理设备的堵塞，因而天然气水化合物的防治对于石油天然气工业的发展具有重要的意义凡事有果必有因，水化合物的出现必然是有原因的，形成天然气水化合物首先的重要条件就是在天然气中需要含有一定量的水分，并且水要处于一种过度饱和的状态，更有甚者还有可能出现液态状的游离水；其次还需要有一定的压力和适宜的温度。
也就是说水化合物的形成除了和天然气的组成及组分和液态游离水的含量有关系以外，还与温度和压力有很大的关联。
只有在系统中气压高于水化合物的分解压力的情况下，才有可能产生经水蒸气饱和了的气体自发形成水化合物的情况。
从热力学的角度来分析也就是，天然气水化合物的自发形成并不是说水蒸气必须要把气体饱和，只要管道系统中的蒸汽压能够高于在水化合物晶格表面上的水蒸汽压就会产生水化合物的自发生成。
除此之外，水化合物的生成还有一个辅助条件就是气流的留滞区。
在上面所说的两个条件下的生产和运作的过程中，如果遇上有很快的节流或气流方向突变极快、温度降级、压力出现波动等情况就有可能水化合物出现堵塞问题水化合物堵塞是有极大危害的，假如情况严重时，这些水化合物可能会把管线、阀门、井筒和设备堵塞住，进而会对天然气的一系列的正常运作即开采、集输和加工方面产生极大的影响。
输气管线中水合物的形成及预防
间定义为诱导时间 。过冷度与诱导时间之间存在如
式 (2) 所示的经验关系式[3 ] 。
Δ T = Te - To
(1)
log t = 2.ຫໍສະໝຸດ 1 (Δ T - 13. 49) - 0. 225
(2)
式中 : t ———诱导时间 ,min ; Δ T ———过冷度 , ℃。
实验证明 : 过冷度超过 7. 49 ℃时 ,才有可能形
表 1 各种气体形成水合物的临界温度表
气体名称 CH4 C2 H6 C3 H8 临界温度
/ ℃ 21. 5 14. 5 5. 5
iC4 H10 2. 5
nC4 H10 CO2 H2 S 1 10. 0 29. 0
图 1 输气管的含水量变化原理图
生成水合物的第一个条件是混合气体中有足够 的水分 ,也就是说 ,管道中气体的水蒸气分压要大于 气体 —水合物中的水蒸气分压 。实验数据表明 :气 体 —水合物中的水蒸气分压小于气体 —水中的水蒸 气分压 ,即水合物的蒸气压小于同样条件下的水的 饱和蒸气压 ,如图 2 ,在温度 t1 时 , p1 < p0 , 若气体 已被饱和 ,即输气管的温度等于其露点 ,则气体中水 蒸气分压已超过水合物的蒸气压 , 生成水合物的水 分条件已远远满足 ; 若气体中的水蒸气分压低于水 合物的 ,水合物不可能形成 ,即使早已形成也会瓦解 消失 。由此可知 ,欲使输气管不具备水分条件 ,则进 入气管的气体的含水量要远小于 c 点的含水量 W min ,这也就是干线输送的气体的水露点要低于周 围介质温度 5～10 ℃的原因之一 。
收稿日期 :2005205213 基金项目 :辽宁省自然科学基金资助项目 (20032154) 作者简介 : 王海霞 (19812) ,女 ,山东烟台人 ,在读研究生 ,主要从事石油与天然气储运研究工作 。电话 : ( 0413) 6863097 。
油水乳液体系中甲烷水合物生成研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第12期·4392·化 工 进展油水乳液体系中甲烷水合物生成研究进展潘振1，王喆1，商丽艳2，张亮1，李文昭1，李萍2（1辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001；2辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001）摘要：在石油工业领域，油气开采与输送过程中，高压低温条件极易形成水合物阻塞管路，影响了管路正常运行，甚至会造成安全事故。
随着水合物抑制与防堵技术的研究日益进展，甲烷水合物在乳液体系中的生成情况成为关注的重点。
为掌握甲烷水合物在油水乳液体系中的生成规律，了解影响其生成情况的因素，对抑制高压输油与海底混输管道的水合物生成提供思路，本文针对前人的实验研究成果作了归纳，总结了乳液体系中甲烷水合物的生成机理及水合物生长壳模型，并对水的“记忆效应”加以介绍，又重点将乳液含水率、粒径大小、搅拌速率、温压条件、油相及添加剂等诸多因素展开分析。
最后指出，水合物的生成由各种因素协同作用影响，不可孤立分析，而油水乳液的多相流动也使问题更加复杂。
目前对于乳液体系中甲烷水合物的影响因素及原理认识尚未成熟，需要进一步的研究与讨论。
关键词：甲烷；水合物；乳液；管道；影响因素中图分类号：TE 89 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）12–4392–11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0565R esearch progress on methane hydrate formation in oil and wateremulsionP AN Zhen 1，WANG Zhe 1，SHANG Liyan 2，ZHANG Liang 1，LI Wenzhao 1，LI Ping 2（1Petroleum and Natural Gas Engineering ，Liaoning Shihua University ，Fushun 113001，Liaoning ，China ；2College ofChemistry ，Chemical Engineering and Environmental Engineering ，Liaoning Shihua University ，Fushun 113001，Liaoning ，China ）Abstract ：In the process of oil and gas extraction and transportation ，the hydrate which formed by high pressure and low temperature conditions ，affected the normal operation of the pipeline ，and might cause safety accidents. With the development of hydrate inhibition and anti-blocking technology ，the formation of methane hydrate in the emulsion system has become the research focus. To grasp the formation rule of methane hydrate in oil-water emulsion system ，and understand the factors that affect the formation of methane hydrate ，and provide a paradigm shift to suppress the formation of hydrate in the high-pressure oil and submarine pipelines ，this paper summaried the mechanism of methane hydrate formation in the emulsion system and the model of hydrate growth shell. The concept of the “memory effect” of water was introduced. The effects of emulsion water content ，particle size ，stirring rate ，temperature and pressure conditions ，oil phase ，additives and many other factors on the formation of hydrate were analyzed. Finally ，it is pointed out that the formation of hydrate is affected by various factors which are interrelated and can not be analyzed separately ，and that the multiphase flow of oil-water第一作者及联系人：潘振（1981—），男，博士，副教授，主要研究方向为天然气综合利用技术。
油气输送管线水合物沉积研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第9期·3164·化 工 进展油气输送管线水合物沉积研究进展宋光春1，李玉星1，王武昌1，姜凯1，施政灼 1，赵鹏飞2（1山东省油气储运安全省级重点实验室，中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580；2中国石化集团新星石油有限责任公司，北京 100083）摘要：水合物在油气输送管线内的沉积是导致管线堵塞的重要原因。
本文调研了国内外水合物沉积研究常用的实验装置，主要包括微机械力测量装置、摇晃式反应釜和不同规模的实验环路。
利用上述装置的实验研究及相关计算流体力学模拟研究共同表明，水合物颗粒的管线着床、水合物的管壁膜生长和水合物颗粒的管壁黏附是油气输送管线内水合物沉积的3种主要机理。
水合物浓度过高、水合物颗粒粒径过大及管内流速过低是水合物颗粒着床沉积的主要原因。
管壁和流体间存在温度梯度且管壁处过冷度较大时，水分子或气体分子由流体内部向管壁处的扩散是引发水合物膜生长沉积的根本原因。
水合物颗粒与管壁间的毛细液桥力和范德华力是粘附沉积产生的主要原因。
针对3类沉积机理，分别介绍了其沉积特性及相关沉积模型。
过冷度与水合物的沉积机理密切相关，因此可根据流体过冷度的大小对管线不同位置处的水合物沉积机理进行区分。
沉积模型的完善及水合物沉积特性与流体流动特性间的耦合对油气流动安全保障具有非常重大的意义，是未来研究的重点。
关键词：水合物；沉积；着床；膜生长；粘附中图分类号：TE88 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）09–3164–13 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0154A review on hydrate deposition in oil and gas transmission pipelinesSONG Guangchun 1，LI Yuxing 1，WANG Wuchang 1，JIANG Kai 1，SHI Zhengzhuo 1，ZHAO Pengfei 2（1Shandong Key Laboratory of Oil-Gas Storage and Transportation Safety ，China University of Petroleum ，Qingdao266580，Shandong ，China ；2 SINOPEC Star Petroleum Co.，Ltd.，Beijing 100083，China ）Abstract ：Hydrate deposition is a main reason for the plugging in oil and gas transmission pipelines.This paper investigates the common experimental apparatus used for hydrate deposition research ，including micromechanical force apparatus ，rocking cells and flow loops of different scales. According to the researches performed using the apparatuses above and through computational fluid dynamics simulations ，hydrate particle bedding ，hydrate film growth and hydrate particle wall adhesion are identified to be the three mechanisms of hydrate deposition. High hydrate concentration ，large hydrate particle size and low fluid velocity together lead to hydrate particle bedding. When there is a temperature gradient between the pipe wall and the bulk phase ，gas molecules or water molecules tend to diffuse to the cooler pipe wall to form film growth deposition. The capillary liquid bridge force and the van der Waals force between hydrate particle and the pipe wall could count for adhesion deposition. For the three deposition mechanisms ，deposition characteristics and deposition models were introduced respectively. Hydrate deposition mechanisms are closely related to subcooling and they can besegregated depending第一作者：宋光春（1992—），男，博士研究生，主要从事深水流动安全保障方向研究。
混输管道水合物的防治及冰塞预测模型
混输管道水合物的防治及冰塞预测模型高峰;郭锦佳;王泽鑫;田野【摘要】随着油气田开发向着深海发展,因水合物造成的流动安全保障问题愈发凸显.文章针对水合物生成所造成的危害及对应的常用工程防治方法进行简单描述,并就水合物降压解堵过程中,可能由于水合物的分解而产生高速的水合物冰塞运动造成的损害进行分析.与此同时,还提出了简化的堵塞位置预测和冰塞运动模型,据此可用于工程施工中粗略估计冰塞位置和运动速度,为减轻高速冰塞对整个管道设备的危害提供依据,并对模型的局限性堤出改进建议.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2014(040)004【总页数】4页(P71-74)【关键词】混输管道;水合物冰塞;位置预测;速度预测【作者】高峰;郭锦佳;王泽鑫;田野【作者单位】中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部,山东青岛266555;中国石油集团工程技术研究院,天津300451;中国石油北京油气调控中心,北京100007;中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部,山东青岛266555【正文语种】中文天然气水合物是在低温高压的热力条件下天然气与水作用形成的一种非化学计量型的笼型结晶化合物。
截至目前，已发现的天然气水合物结构有三种，即Ⅰ型、Ⅱ型和H型。
对于海洋管道，由于海洋环境的低温、高压，造成管内的流体常处于水合物生成区，正常生产条件下就可能形成水合物，造成管道堵塞，即通常所说的“冰堵现象”[1-3]。
而在管道日常运行中，一些误操作或者工况发生变化，如管道不正当节流、输量下降、含水量增高、环境温度下降、注入系统事故等，也可能导致水合物的生成。
水合物冰塞会对管道造成破坏：其一是水合物冰塞会沿着管道向下游运动使管道中流体的压力快速地增加，可能导致管道超压甚至破裂，如图1所示；其二是高速运动的水合物冰塞遇上阻碍，如弯管、凹坑或孔口等，造成管道损毁，如图2所示。
管道越长，发生水合物堵塞的风险就越大，对于比较严重的水合物堵塞事故，有时只能停产维修甚至放弃整条管道，会给油田生产带来巨大的经济损失。
油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程研究
油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程研究宋光春;李玉星;王武昌;姜凯;赵鹏飞【摘要】为研究油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程,采用自行设计的高压环道装置,以去离子水、柴油、天然气为管输介质,在含水率70%、液相初始流量2 000 kg/h等条件下进行水合物堵塞实验.研究结果表明:实验时水合物在管道中各处同时生成,但初始生成量并不相同;在实验含水率70%的条件下,水合物主要在管道气相空间壁面和液相主体中生成;水合物的生成会导致管内流量降低,在未添加乳化剂的情况下,油水混合液会因流量的降低而产生分层,此时水合物颗粒集中分布在混合液下层,造成流体黏度和管段压降的急剧升高,进而引发管道堵塞.%In order to investigate the hydrates formation and plugging in mixed transmission pipelines of oil and gas, a high pressure test loop is designed specially where natural gas hydrates are formed in diesel oil + water system with a water cut of 70% and an initial liquid flow rate of 2 000kg/h.The experimental results show that hydrates form simultaneously in the whole pipeline, but the initial formation quantities are different.Tube wall and liquid bulk phase are the two places where hydrates mainly form at the experimental water cut.Without emulsifier, the oil/water emulsion separates at low flow rates.Hydrate particles distribute mainly in the lower liquid phase, which results in an incredible increase in the viscosity and pressure drop.Liquid stratification and the sharp increase in viscosity are the governing reason of plugging.【期刊名称】《石油与天然气化工》【年(卷),期】2017(046)002【总页数】6页(P38-43)【关键词】天然气水合物;生成;堵塞;黏度;压降;分层【作者】宋光春;李玉星;王武昌;姜凯;赵鹏飞【作者单位】山东省油气储运安全省级重点实验室,中国石油大学(华东);山东省油气储运安全省级重点实验室,中国石油大学(华东);山东省油气储运安全省级重点实验室,中国石油大学(华东);山东省油气储运安全省级重点实验室,中国石油大学(华东);中国石化集团新星石油有限责任公司【正文语种】中文【中图分类】TE83天然气水合物是水分子与甲烷、乙烷等气体分子在低温高压条件下，通过范德华力结合形成的笼状晶体化合物[1]。
管道流动体系天然气水合物生成模型研究进展
管道流动体系天然气水合物生成模型研究进展李建敏;王树立;饶永超;周诗岽;张琳;李泓【摘要】天然气水合物浆液管道输送技术可实现水合物防治的动态控制及天然气水合物的管道输送,而流动体系天然气水合物生成模型研究为水合物浆液管道输送技术的发展提供理论支持.总结了国内外流动体系天然气水合物生成模型的研究进展,重点分析了水合物生成动力学模型.发现目前适用于流动体系的天然气水合物生成模型还很少,并且多为由静态体系水合物生成模型拓展而来.基于气液两相螺旋管流流动特性及天然气水合物微观结构,建立了螺旋管流体系天然气水合物生成模型.最后,指出了流动体系天然气水合物生成模型研究的发展方向.【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2014(039)002【总页数】5页(P70-74)【关键词】天然气水合物;流动体系;微观动力学模型;宏观动力学模型;气液两相螺旋管流【作者】李建敏;王树立;饶永超;周诗岽;张琳;李泓【作者单位】常州大学石油工程学院江苏省油气储运技术重点实验室,江苏常州213016;常州大学石油工程学院江苏省油气储运技术重点实验室,江苏常州213016;常州大学石油工程学院江苏省油气储运技术重点实验室,江苏常州213016;常州大学石油工程学院江苏省油气储运技术重点实验室,江苏常州213016;常州大学石油工程学院江苏省油气储运技术重点实验室,江苏常州213016;长江(扬中)电脱盐设备有限公司,江苏镇江212200【正文语种】中文【中图分类】TE8水分子通过氢键相连接组成笼形主体，并包裹着天然气中某种或多种组分气体分子而形成的非化学计量型化合物称为天然气水合物 [1]。
1934年，Hammerschmidt首次在输气管道中发现天然气水合物[2]。
从此，水合物防治工作受到油气生产及运输部门的高度重视。
目前，普遍采用注入热力学抑制剂（甲醇、乙二醇等）的方法来抑制水合物的生成，但热力学抑制剂用量大，而且污染环境[3]。
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于中国石化安全工程研 究院， 主要从事 多相流动
安全 、 水合 物防控及 油气回收等 方 面研 究。
Ｓ Ａ Ｆ Ｅ Ｔ Ｙ Ｈ Ｅ Ａ Ｌ Ｔ Ｈ ＆ Ｅ Ｎ Ｖ Ｉ Ｒ Ｏ Ｎ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ ｏ
２ ０
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ａ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｌ ａ Ｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ ，２ ０ ０ ８ ，１ ３ ０（ ３ ５ ） ：
１１ ６０ ８ — １１ ６０ ９．
，
水 合物 颗粒 的抗 张强 度 ， ｍ Ｎ ／ ｍ ；
其余 的参 数 可参 考 图 ９所 示 。 Ａ ｍ ａ ｎ等 重 新 改装 了 ＭＭＦ， 系统 地 测 量 了
２ ０ １ ５ 年 第１ ５ 卷 第 ６ 期
专论与综述 ．
编辑 俞 雪兴
多相 混 输管 道 内水 合物 形 成 过 程 研 究进 展
闰柯 乐 ， 邹 兵 ， 姜 素 霞 ， 张 红星 ， 姜
２ ． 化 学 品 安 全 控 制 国 家重 点 实 验 室 ， 山东 青 岛
呜
（ １ ． 中国石化安全工程研究 院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ２ ６ ６ ０ ７ １ ）
门， 尤 其对 于 油 一气 一水 多 相混 输体 系 ， 水 合 物 问
与冰 晶结 构 相 似 ， 气 体 水 合 物 是 由气 体 分 子 （ Ｃ Ｈ 、 Ｃ Ｈ 、 Ｃ Ｏ 及 Ｈ Ｓ等 ） 与 水 分子 在 低 温 高压 条 件 下形 成 的 非 化 学 计 量 性 晶 体 笼 状 物 质 ， 常 被
称 为 可燃 冰 。其 中 ， 水 分 子 为 主体 分 子 ， 首 先 水
分 子 以氢键 形 成 大 量 不 同 大 小 的 孔 穴 ， 然 后 这 些
题 更 为严重 。传 统 的注 入 热力 学 抑 制剂 （ 甲醇 、 乙
二醇 等 ） 方法 ， 可改 变体 系水 合 物 生 成 的热 力 学 平
是 油 一气 一水 多相 混输 领域 水合 物 堵塞 尤为 严 重
的 问题 ， 系统 调 研 了水 合 物 在 多相 混 输 管 道 内形 成 机 理 的研 究进展 ， 着 重介 绍 了富油相／ 富 水相 和
富 气相 两个体 系 ；详 细 阐述 了水 合 物 颗粒 间的黏 聚 和 水合 物 颗 粒 与
衡 条件 ， 从 而避 免输 送 过 程 形成 水 合 物 ， 但 其存 在 着 加 注量 大 、 成 本 费用 高 以 及 易 造 成 环 境 污 染 等 问题 。新 型低 剂 量 水 合 物 抑 制 剂 因其 用 量 小 ， 环
收 稿 日期 ： ２ ｏ １ ５ － ０ １ １ ０
孔 穴在 空 间 相 连 形 成 中 空 的水 合 物 晶格 ； 客 体 分 子 即气 体 分 子 以范 德 华 力 与 主 体 分 子 相 互 作 用 ， 填充在 孔穴 内， 填充 率越 高， 水 合 物 晶 体 就 越 稳
续 能 源 。近几 十 年 来 ， 通 过 在 海 洋 和 冻 土 地 带 的 勘 探 发现 ， 水合 物 资源 储 量 巨大 ， 是 常规 天 然 气 田 无 法 相 比的 ， 其 有 机碳 储 量 相 当于 全 球 已探 明 矿 物燃 料 （ 煤、 石 油和 天然 气 ） 的 ２倍 。 然而尽 管 水合 物技 术 在 近 几 十年 取 得 了令 人
［ ３ ］ Ｐ ａ ｎ ｇ Ｗ．Ｘ． ，Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｇ ．Ｊ ． ，Ｄ ａ ｎ ｄ ｅ ｋ ａ ｒ Ａ ． ，ｅ ｔ ａ １ ．Ｅ ｘ —
ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｃ ａ ｌ ｅ—ｕ ｐ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ
Ｃ Ｐ水 合 物 颗 粒 一水 间 的界 面 张 力 （ ０ ． ３ ２±０ ． ０ ５
ｍ Ｎ ／ ｍ） 及 水 合物 颗 粒 一Ｃ Ｐ间 的界 面张 力 （ ４ ７ ４ － ５ ｍ Ｎ ／ ｍ） 。实 验 发 现 ， 在 环 戊 烷 相 中加 入 表 面 活 性
定， 最 常 见 的水 合 物 结 构 有 三 类 ： Ｉ型 、 Ｉ Ｉ 型和 Ｈ
作者简介 ： 闫柯乐， 工程师 ， ２ ０ １ ４年博士毕业 于中
国 石油大 学（ 北京 ） 化 学工程 与技 术 专业 ， 现 就职
型 。 目前 ， 水合 物技 术 已广 泛应 用 于 环 保 、 油 气 开
…
１ ５ 年第１ ５ 卷 第 ６ 期
目 拇 乐 等 ． 多 相 混 输 管 道 内 水 合 物 形 成 过 程 研 究 进 展 ～ ． ．
专论与转述… 一．
式中： ， ｎ Ｘ —— 水合 物 颗粒 的接 触 面积 ， ｍ ；
— —
Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ Ｄ ｒ ｙ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｇ ａ ｓ Ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ
摘
要： 针 对 由水合 物 造 成 的 管道 堵塞 ， 特 别
如 采 用 水 合 物 法 进 行 油 气 集 输 Ｊ 、 气 体 混 合 物 分 离 ｊ 、 海水 淡 化 以及 ｃ ０ ， 封 存 ， ｍ 等 。此 外 ， 天然 气 水 合 物 也 被 公 认 为 ２ ｌ 世 纪 高效 洁净 的 后
管壁 间 的黏 附作 用 ； 指 出 了 多相 混 输 管 道 内水 合
物 形 成过 程 的未 来研 究方 向 。
关键 词 ： 混 输 管 道 多相 混 输 水 合 物 堵 塞 水 合物 形成 机理 黏 聚 与黏 附
瞩 目的研 究 成 果 ， 但 由气 体 水 合 物 堵 塞 造 成 的 流 动安 全 问 题 长 期 以来 困扰 着 油 气 生 产 和 运 输 部