天然气水合物实验模拟装置和数值模拟器的研究进展

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作者 李刚 李小森 +1 位作者 翁一凡 吕秋楠 《太阳能》 2025年第1期33-42,共10页

中国的天然气水合物资源丰富,若实现商业化开采,有助于中国的能源结构调整。天然气水合物开采的实验模拟和数值模拟是指导其安全高效开采的重要手段。首先简要介绍了天然气水合物的开采方法、国内外野外试验性开采案例,然后系统总结了... 中国的天然气水合物资源丰富,若实现商业化开采,有助于中国的能源结构调整。天然气水合物开采的实验模拟和数值模拟是指导其安全高效开采的重要手段。首先简要介绍了天然气水合物的开采方法、国内外野外试验性开采案例,然后系统总结了天然气水合物实验模拟装置及全球具有代表性的天然气水合物数值模拟器的开发和应用,最后对未来天然气水合物实验模拟和数值模拟的研究方向进行了展望。未来,在实验模拟装置方面,应重点研发适用于开采过程中测量和监测热学、渗流、力学和相变参数的实验模拟装置;在数值模拟器方面,应实现天然气水合物数值模拟过程的精确化,并不断优化数值模拟器算法,从而建立可服务于中国天然气水合物产业化开发的高精度数值模拟器。 展开更多

关键词 天然气水合物 实验模拟装置 数值模拟器 理论模型

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电阻率在天然气水合物三维生成及开采过程中的变化特性模拟实验 被引量：19

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作者 李小森 冯景春 +1 位作者 李刚 王屹 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期18-23,共6页

为获取更多的清洁高效能源,全球范围内都正在开展与天然气水合物(以下简称水合物)开采相关的研究,其中电阻率作为表征水合物变化的一个重要参数也被纳入了重点研究范畴,但其在水合物三维生成及开采过程中的变化特性尚未见报道。为了得... 为获取更多的清洁高效能源,全球范围内都正在开展与天然气水合物(以下简称水合物)开采相关的研究,其中电阻率作为表征水合物变化的一个重要参数也被纳入了重点研究范畴,但其在水合物三维生成及开采过程中的变化特性尚未见报道。为了得到三维系统下水合物的电阻率变化数据,利用三维水合物反应釜,实验室模拟研究了水合物在多孔介质中生成及利用双水平井注热开采实验过程中电阻率的变化特性。结果发现:①电阻率总体上随着水合物的生成而升高,随着其分解而下降;②电阻率与水合物饱和度并不呈完全的线性关系,当水合物饱和度升高到一定程度时,电阻率变化减缓;③在水合物生成过程中发现水合物生成存在"爬壁效应"——水合物在多孔介质中的生成并不同步,水合物在边界区域明显多于中心区域;④在水合物开采过程中发现电阻率不仅随水合物分解的变化而变化,而且还与开采过程中的流体流动有着较大关系,所以利用电阻率作为水合物开采的特征指标时需要先排除流体流动的干扰。 展开更多

关键词 天然气水合物 三维 生成及开采 实验室模拟 电阻率 变化特性 饱和度 流体流动

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用分子动力学模拟水合物储氢 被引量：5

3

作者 李小森 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期552-555,共4页

用分子动力学(MD)模拟方法系统研究了结构Ⅰ型(SⅠ)和结构H型(SH)氢气水合物中氢气的占据情况并确定了氢气水合物的稳定结构:SⅠ水合物氢气分子数小胞中为2,大胞中为3;SH水合物氢气分子数小胞中为2,中胞中为2,大胞中为11.分析了稳定情... 用分子动力学(MD)模拟方法系统研究了结构Ⅰ型(SⅠ)和结构H型(SH)氢气水合物中氢气的占据情况并确定了氢气水合物的稳定结构:SⅠ水合物氢气分子数小胞中为2,大胞中为3;SH水合物氢气分子数小胞中为2,中胞中为2,大胞中为11.分析了稳定情况下水合物各胞腔内氢气分子之间的径向分布函数(RDF),得出了氢气分子在各胞腔内的稳定位置.由稳定位置得到了稳定结构下氢气水合物的储氢质量分数:SⅠ为5.085%,SH为6.467%.与实验对比得出结论:SH水合物稳定结构下的储氢能力最强. 展开更多

关键词 水合物 分子动力学模拟 储氢 稳定结构

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天然气水合物新型动力学抑制剂抑制性能研究 被引量：39

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作者 唐翠萍 杜建伟 +4 位作者 梁德青 樊栓狮 李小森 陈勇 黄宁生 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期333-336,367,共5页

提出了一种组合天然气水合物动力学抑制剂GHI1（聚乙烯吡咯烷酮（Inhibex157）与二乙二醇丁醚按1：1的质量比组合而成）．在温度为4℃、压力为8．5～9．0MPa下的1．072L反应釜内，采用定容法，通过反应引起的温度和压力变化，研究了GHI... 提出了一种组合天然气水合物动力学抑制剂GHI1（聚乙烯吡咯烷酮（Inhibex157）与二乙二醇丁醚按1：1的质量比组合而成）．在温度为4℃、压力为8．5～9．0MPa下的1．072L反应釜内，采用定容法，通过反应引起的温度和压力变化，研究了GHI1对天然气水合物形成的抑制性能，比较了不添加抑制剂、添加商用抑制剂Inhibex501、添加GHI1以及Inhibex157后的水合物大量生成时的温度变化，并分析了添加Inhibex501和GHI1后水合物大量生成时的时间，探讨了组合抑制剂的抑制机理．研究结果表明：在天然气和水的反应体系中添加质量分数w为0．5％的GHI1后，天然气水合物生成的平均引导时间为4800min，不添加抑制剂几乎没有引导时间，添加w为0．5％的Inhibex501后，水合物生成的平均引导时间为2100min，只添加w为0．5％的Inhibex157，平均引导时间为650min；机理分析认为GHI1中的Inhibex157主要阻止天然气分子进入水合物笼，而二乙二醇丁醚则阻止水分子进一步形成水合物笼． 展开更多

关键词 天然气水合物 动力学抑制剂 机理

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石英砂中甲烷水合物渗透率实验与模型验证 被引量：10

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作者 李刚 李超 +1 位作者 李小森 魏纳 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期53-60,共8页

多孔介质渗透率是影响天然气水合物开采的重要物理参数,目前研究该参数所采用的测试手段和多孔介质差别很大,没有形成较为公认的实验手段和测量结果。为此,研制了含甲烷水合物多孔介质渗透率一维测试装置,利用该装置合成甲烷水合物,并... 多孔介质渗透率是影响天然气水合物开采的重要物理参数,目前研究该参数所采用的测试手段和多孔介质差别很大,没有形成较为公认的实验手段和测量结果。为此,研制了含甲烷水合物多孔介质渗透率一维测试装置,利用该装置合成甲烷水合物,并在稳定流态条件下测量流入液态水的流体流量和压差;基于达西定律的基本原理,采用稳态法注水计算了30~40目石英砂中甲烷水合物体系的渗透率。结果表明:(1)该装置可以在稳定压力、温度的条件下,获得稳定流体流量和压差,满足达西定律的基本条件,进而计算出渗透率;(2)该装置可在渗透率试验中有效控制甲烷水合物饱和度,保证了含甲烷水合物石英砂渗透率测量的可靠性和可重复性;(3)甲烷水合物晶体在孔隙中心形成并逐渐生长,占据孔隙空间并阻碍流动通道,液相有效渗透率随甲烷水合物饱和度的增加而迅速降低;(4)Masuda模型、Dai模型和Li模型渗透率参数值分别为13.0、7.0和4.0时,其计算的渗透率与实验结果吻合良好。结论认为,该研究成果为含甲烷水合物的多孔介质中流体渗透率的量化,提供了实验数据和理论计算依据。 展开更多

关键词 多孔介质 石英砂 甲烷水合物 渗透率 饱和度 实验室模拟 数学模型 验证

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南海北部天然气水合物藏垂直井网降压开采数值模拟 被引量：11

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作者 陈朝阳 游昌宇 +3 位作者 吕涛 李小森 张郁 徐立新 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期177-185,共9页

为了提高南海北部低渗透率、泥质粉砂型天然气水合物(以下简称水合物)储层降压开采的气产量和采收率,基于我国2017年水合物试采W17站位水合物层含有少量游离气且下伏泥层的条件,根据实际试采数据,针对单垂直井和垂直井网两种布井方式,利... 为了提高南海北部低渗透率、泥质粉砂型天然气水合物(以下简称水合物)储层降压开采的气产量和采收率,基于我国2017年水合物试采W17站位水合物层含有少量游离气且下伏泥层的条件,根据实际试采数据,针对单垂直井和垂直井网两种布井方式,利用TOUGH+HYDRATE软件进行了水合物层降压开采数值模拟,研究了开采井产气/产水特征及开采区温度场、压力场、水合物饱和度场的变化特征,进而分析了渗透率、井间干扰对压力场、温度场及流场变化的影响机制。研究结果表明:①低渗透率泥质粉砂型水合物层在降压开采过程中,水合物的分解使水合物沉积层渗透率增大,从而使气、水产量增加;②在降压开采初始阶段,开采井的气、水产量短时达到峰值后急剧减小,水合物迅速分解、吸热及游离气的涌入使得井筒附近温度降低,而后随着开采时间的延续,气、水渗流阻力增加,压降传播速率降低,水合物分解气产量和井口气产量不断降低,水产量则缓慢上升;③水合物的分解由压降和周边流体渗流、传热联合控制,井筒附近及水合物层上下界面处的水合物优先分解,井口产出的天然气有较大部分来自于周边水合物层中的游离气和孔隙水溶解气;④采用垂直井网进行水合物开采,每口井的控制面积减少,单井的产气/产水速率及累计产气/产水量均明显低于单垂直井,但垂直井网开采总的气产量更大、水合物采收率更高;⑤井距决定了每口井的控制面积和最终累计产气量,井间压降叠加效应加速了水合物的分解,井间区域的压力及温度显著低于单井,但井间对称流场的干扰会阻碍气液流动,在井间中心区域将形成“静止区”。结论认为,多井联合开采可以提高井场总的气产量,但需要根据钻井成本、水合物层渗透率、预计生产周期、井场总气产量和水合物采收率等指标来综合确定合理井距。 展开更多

关键词 南海北部 天然气水合物 单垂直井 垂直井网 井距 降压开采 数值模拟 泥质粉砂 产气/产水特性

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热力学抑制剂作用下甲烷水合物分解过程的分子动力学模拟 被引量：9

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作者 万丽华 颜克凤 +1 位作者 李小森 樊栓狮 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2009年第3期486-494,共9页

采用正则系综(NVT)分子动力学方法模拟研究277.0 K、11.45 mol.L-1的热力学抑制剂乙二醇(EG)溶液作用下甲烷水合物分解微观过程.模拟显示甲烷水合物的分解从甲烷水合物固体表面开始,逐渐向内部推移,固态水合物在分解过程中逐渐缩小,直... 采用正则系综(NVT)分子动力学方法模拟研究277.0 K、11.45 mol.L-1的热力学抑制剂乙二醇(EG)溶液作用下甲烷水合物分解微观过程.模拟显示甲烷水合物的分解从甲烷水合物固体表面开始,逐渐向内部推移,固态水合物在分解过程中逐渐缩小,直至消失.固态水合物的分解从晶格扭曲变形开始,之后笼形框架结构破裂,最后形成笼形结构碎片.同时已经分解的甲烷水合物在外层形成水膜,包裹里层正在分解的甲烷水合物,增大里层甲烷水合物分解传质阻力. 展开更多

关键词 甲烷水合物 分子动力学 乙二醇溶液 分解

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天然气水合物藏注热水开采敏感因素试验研究 被引量：13

8

作者 李淑霞 李杰 +1 位作者 徐新华 李小森 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期99-102,共4页

采用自制的一维天然气水合物(NGH)开采模拟试验装置,模拟海洋地质条件,在填砂模型(填砂管直径8 cm,长80 cm)中生成天然气水合物,并通过注入热盐水进行热力开采的物理模拟试验,分析水合物藏地质因素和注热参数对注热水开采能量效率(水合... 采用自制的一维天然气水合物(NGH)开采模拟试验装置,模拟海洋地质条件,在填砂模型(填砂管直径8 cm,长80 cm)中生成天然气水合物,并通过注入热盐水进行热力开采的物理模拟试验,分析水合物藏地质因素和注热参数对注热水开采能量效率(水合物分解所得甲烷气的热量与注入热量之比)的影响。结果表明:影响能量效率的因素由大到小依次为注热水温度、水合物饱和度、初始温度、注热水时间、注热水速度;在水合物藏地质因素中,水合物饱和度越大,初始温度越高,注热水开采能量效率越高;在注热参数中,注热温度越高,能量效率越低;在注热开采时需要合理优化注热水温度、注热水时间和注热水速度;试验条件下,注热水开采能量效率最高的试验组合为水合物饱和度48%,初始温度5℃,注热水温度40℃,注热水时间350 min,注热水速度12 mL/min,最高能量效率为6.74。 展开更多

关键词 天然气水合物 注热盐水 水合物分解 能量效率

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多孔介质中甲烷水合物的分解特性 被引量：4

9

作者 张郁 吴慧杰 +3 位作者 李小森 陈朝阳 李刚 曾志勇 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1848-1854,共7页

利用定容降压方法测定了在不同多孔介质中甲烷水合物的分解实验数据,所使用的多孔介质平均孔径分别为9.03,12.95,17.96和33.20nm,其中孔径为12.95nm的多孔介质采用了3个粒径范围,分别为0.105～0.150,0.150～0.200和0.300～0.450mm;其它... 利用定容降压方法测定了在不同多孔介质中甲烷水合物的分解实验数据,所使用的多孔介质平均孔径分别为9.03,12.95,17.96和33.20nm,其中孔径为12.95nm的多孔介质采用了3个粒径范围,分别为0.105～0.150,0.150～0.200和0.300～0.450mm;其它孔径的多孔介质的粒径范围为0.105～0.150mm.在封闭的条件下测定了不同温度与不同初始生成压力下甲烷水合物的分解实验数据(实验温度范围为269.15～278.15K,初始生成压力范围为4.1～11.0MPa),结果表明,水合物的分解速度随着初始生成压力的增加和水浴温度的降低而升高,也随孔径的增加而升高,但随多孔介质粒径的增大而降低.在孔径较大和分解温度较低时,多孔介质中水合物分解引起的温度降低会使水结冰,从而减缓水合物的分解速度. 展开更多

关键词 甲烷水合物 分解特性 多孔介质

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基于PC-SAFT方程研究多孔介质中水合物相平衡的预测模型 被引量：5

10

作者 曾志勇 李小森 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期908-914,共7页

对多孔介质中水合物的形成条件预测模型进行了研究.利用微扰链-统计缔合流体理论状态方程(PC-SAFT)结合van der Waals-Platteuw模型和毛细管Kelvin模型,建立了用于多孔介质水合物体系的相平衡预测模型.在此模型基础上,针对甲烷水合物和... 对多孔介质中水合物的形成条件预测模型进行了研究.利用微扰链-统计缔合流体理论状态方程(PC-SAFT)结合van der Waals-Platteuw模型和毛细管Kelvin模型,建立了用于多孔介质水合物体系的相平衡预测模型.在此模型基础上,针对甲烷水合物和CO2水合物对界面张力作了进一步的研究.根据多孔介质水合物相平衡实验数据回归得到不同条件下的界面张力值,结果发现,界面张力随温度升高而单调升高,随孔径的增大而单调减小,并且具有较好的线性关系.提出了界面张力与温度和孔径的关联计算公式,并采用遗传算法优化回归了公式的参数.以此关联公式为基础使改进后的模型具有良好的计算精度,在所考察温度和孔径范围内,对于甲烷水合物和CO2水合物的相平衡预测压力与实验数据的绝对平均偏差分别为1.66%和2.76%. 展开更多

关键词 水合物 多孔介质 界面张力 温度 孔径

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天然气水合物开采技术研究进展 被引量：31

11

作者 王屹 李小森 《新能源进展》 2013年第1期69-79,共11页

天然气水合物以其储量大、能量密度大、分布广的特点被认为是一种非常具有潜力的替代能源。勘测数据表明迄今已至少在全球116个地区发现了天然气水合物。天然气水合物广泛存在于冻土区和海底沉积物中。但目前实现实际试开采的区域仅有四... 天然气水合物以其储量大、能量密度大、分布广的特点被认为是一种非常具有潜力的替代能源。勘测数据表明迄今已至少在全球116个地区发现了天然气水合物。天然气水合物广泛存在于冻土区和海底沉积物中。但目前实现实际试开采的区域仅有四处,分别位于:美国的阿拉斯加北坡地区、俄罗斯的西伯利亚玛索亚哈气田、加拿大西北部的麦肯齐三角洲及日本的南海海槽。目前主要的开采技术研究主要集中于实验室模拟阶段。美国、德国、日本、中国分别建立了自己的水合物模拟开采实验装置幵且迚行了相兲研究。提出了不同的水合物开采斱案,幵且对水合物开采迆程中的兲键技术问题迚行了研究。 展开更多

关键词 天然气水合物 开采技术 试开采 模拟开采

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三维实验模拟垂直井和水平井降压开采水合物 被引量：4

12

作者 冯景春 李小森 +3 位作者 李刚 王屹 张郁 陈朝阳 《新能源进展》 2014年第3期216-220,共5页

为了研究降压法在不同井网布置条件下开采天然气水合物的机理,在水合物三维实验模拟平台中进行了垂直井和水平井降压开采实验,获得了两种布井方式的产气、产水、温度变化和三维温度空间分布情况。研究表明,在该实验条件下,利用水平井开... 为了研究降压法在不同井网布置条件下开采天然气水合物的机理,在水合物三维实验模拟平台中进行了垂直井和水平井降压开采实验,获得了两种布井方式的产气、产水、温度变化和三维温度空间分布情况。研究表明,在该实验条件下,利用水平井开采水合物的平均产气速率是垂直井的1.48倍,但水平井开采的产水量较大,垂直井开采的产水量则很小。三维温度分布图表明,开采过程中全釜的温度同步下降,水合物在反应釜内均匀分解,反应釜四周的温度比反应釜中心温度高,热量从边界向釜中心传递。 展开更多

关键词 水合物 水平井 垂直井 三维 降压开采

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膨润土中甲烷水合物生成特性的实验研究 被引量：1

13

作者 陈龙 张郁 +2 位作者 李小森 陈朝阳 李刚 《新能源进展》 2017年第2期104-109,共6页

恒容条件下,实验研究了甲烷水合物在膨润土中的生成规律,考察了不同水浴温度(3℃、5℃、7℃和9℃)和不同初始压力(9 MPa、12 MPa和15 MPa)对甲烷水合物生成规律的影响。研究表明:水合物在膨润土中生成的诱导时间很短,生成速度快,初始压... 恒容条件下,实验研究了甲烷水合物在膨润土中的生成规律,考察了不同水浴温度(3℃、5℃、7℃和9℃)和不同初始压力(9 MPa、12 MPa和15 MPa)对甲烷水合物生成规律的影响。研究表明:水合物在膨润土中生成的诱导时间很短,生成速度快,初始压力为12 MPa、水浴温度为3℃时,诱导时间最短为16.5 min;当系统温度降低到设置温度时,水合物基本停止生成,水合物的生成受到传质过程控制;水合物停止生成后,最终压力均明显高于纯水体系甲烷水合物相平衡压力。水的最终转化率介于55.73%和61.93%之间,水的最终转化率随着水浴温度降低而增大,但是增大的幅度并不显著。 展开更多

关键词 膨润土 转化率 甲烷水合物 传质过程 生成特性

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海洋渗漏型天然气水合物开采的新模式 被引量：17

14

作者 唐良广 冯自平 +1 位作者 李小森 樊栓狮 《能源工程》 2006年第1期15-18,共4页

针对海洋渗漏型天然气水合物含量高、成藏浅、产出集中的特点，结合深海开采金属锰结核的方法。提出了一种全新的水合物开采模式，即用水力法提升水舍物。同时对该种方法的能量效率和产量进行了简单的评估。模型计算表明，该种开采方法... 针对海洋渗漏型天然气水合物含量高、成藏浅、产出集中的特点，结合深海开采金属锰结核的方法。提出了一种全新的水合物开采模式，即用水力法提升水舍物。同时对该种方法的能量效率和产量进行了简单的评估。模型计算表明，该种开采方法具有产量大、能耗低的优点，在提升海底1000m的水合物时，即使水合物含量低至20％，其能量效率仍可高达60，远远高于注热开采的7-12的能量效率。 展开更多

关键词 天然气水舍物 渗漏系统 水力提升

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海洋天然气水合物地层钻井安全问题研究进展 被引量：11

15

作者 黄天佳 李小森 +4 位作者 张郁 杨波 王屹 陈朝阳 李刚 《新能源进展》 2019年第6期513-521,共9页

由于天然气水合物的特性及海底天然气水合物地层地质环境的复杂性,在海洋天然气水合物地层进行钻井作业时会面临诸多的安全问题。目前科研工作者主要通过实地钻井项目、实验研究及数值模拟的方式对海洋天然气水合物地层钻井安全问题展... 由于天然气水合物的特性及海底天然气水合物地层地质环境的复杂性,在海洋天然气水合物地层进行钻井作业时会面临诸多的安全问题。目前科研工作者主要通过实地钻井项目、实验研究及数值模拟的方式对海洋天然气水合物地层钻井安全问题展开研究。本文基于对国内外海洋天然气水合物钻井安全问题研究的广泛调研,针对海洋天然气水合物地层钻井面临的主要安全问题及其最新的研究进展进行了讨论和总结。同时,分析了海洋天然气水合物地层钻井安全问题研究目前存在的问题以及未来研究的重点方向。 展开更多

关键词 天然气水合物 钻井 安全问题 钻井项目 实验研究 数值模拟

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“CH4−CO2”置换法开采天然气水合物 被引量：8

16

作者 王敏 徐刚 +2 位作者 蔡晶 李小森 徐纯刚 《新能源进展》 2021年第1期62-68,共7页

天然气水合物作为一种储量巨大的清洁能源,其开采价值已引起越来越多的关注。当前天然气水合物开采技术仍不足以商业化应用,还需进一步的实验研究进行理论支撑。二氧化碳置换开采天然气水合物被认为是能同时实现天然气水合物开采与二氧... 天然气水合物作为一种储量巨大的清洁能源,其开采价值已引起越来越多的关注。当前天然气水合物开采技术仍不足以商业化应用,还需进一步的实验研究进行理论支撑。二氧化碳置换开采天然气水合物被认为是能同时实现天然气水合物开采与二氧化碳减排、封存的双赢技术,近年来得到了较广泛的研究。置换过程中,混合天然气水合物的热力学和结构性质是预测含水合物沉积物中的热流和水合物解离所需的热量以及评估水合物储层的CO2储存能力的关键因素。本综述在调研国内外天然气水合物开采技术研究现状的基础上,围绕CO2置换开采天然气水合物的热力学特性、微观机理与置换效率等,总结了各研究取得的成果,针对置换研究中存在的问题进行了分析,认为当前置换法开采天然气水合物最关键难点在于提高置换效率,而解决该问题的根本在于从热力学和动力学角度弄清楚置换反应的微观机理及控制性因素,明确置换机理,从而在未来的研究有的放矢。 展开更多

关键词 天然气水合物 二氧化碳 置换反应 可行性 置换效率

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含甲烷水合物的石英砂渗透率实验和分形模型对比研究 被引量：6

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作者 李世龙 李刚 +2 位作者 魏纳 李小森 吕秋楠 《新能源进展》 2020年第4期264-271,共8页

含水合物的多孔介质渗透率是影响水合物开采的关键参数,多孔介质渗透率与水合物的饱和度密切相关。定量研究多孔介质渗透率随水合物饱和度的变化,对自然界中天然气水合物藏内渗流场的研究具有重要的理论价值。本文以平均粒径为139.612μ... 含水合物的多孔介质渗透率是影响水合物开采的关键参数,多孔介质渗透率与水合物的饱和度密切相关。定量研究多孔介质渗透率随水合物饱和度的变化,对自然界中天然气水合物藏内渗流场的研究具有重要的理论价值。本文以平均粒径为139.612μm的石英砂为多孔介质,采用稳态注水法测量在不同甲烷水合物饱和度(0~28.56%)下的石英砂渗透率,将实验数据与两种不同水合物赋存形式(颗粒包裹、孔隙填充)下的石英砂渗透率二维分形模型进行了对比。结果表明,石英砂渗透率比Kr随甲烷水合物饱和度Sh的增大呈现指数减小的趋势。当水合物饱和度低于11.83%时,渗透率比下降缓慢。而当水合物饱和度高于11.83%时,渗透率比下降迅速;当饱和度指数n=12时,渗透率分形模型与实验数据吻合良好。通过分形模型与实验数据对比,发现当水合物饱和度低于11.83%时,甲烷水合物的赋存形式为颗粒包裹型。在11.83%~28.56%水合物饱和度范围内,甲烷水合物的赋存形式为孔隙填充型。本研究成果量化了石英砂渗透率与甲烷水合物饱和度的关系,确定了含甲烷水合物的石英砂的渗透率分形模型的参数取值。 展开更多

关键词 石英砂 甲烷水合物 渗透率 分形模型

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甲烷水合物在石英粉砂中的微观赋存特征 被引量：2

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作者 徐则林 徐纯刚 +3 位作者 陈浩 李刚 吕秋楠 李小森 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期810-819,共10页

为了揭示石英粉砂中气体为连续相下生成的甲烷水合物微观赋存特征和分解过程中的空间演化微观规律,利用自行研制的装置,制备含甲烷水合物的石英粉砂样品,利用扫描电子显微镜和能谱分析石英粉砂、冰及甲烷水合物的微观赋存形貌以及甲烷... 为了揭示石英粉砂中气体为连续相下生成的甲烷水合物微观赋存特征和分解过程中的空间演化微观规律,利用自行研制的装置,制备含甲烷水合物的石英粉砂样品,利用扫描电子显微镜和能谱分析石英粉砂、冰及甲烷水合物的微观赋存形貌以及甲烷水合物的分解过程。研究结果表明:干燥的石英粉砂颗粒形状为片状、块状和圆滑块状,压实后样品内部仍有大量孔隙,为甲烷水合物和冰的形成提供空间;冰和甲烷水合物的形貌在形状和粒径上有明显区别,石英粉砂中冰的微观形貌多为球状和六角形,少量为立方体和多晶簇,冰的粒径为0.50~10.00μm;甲烷水合物粒径为5.00~20.00μm,大量生成后相互胶结,有明显的胶结线;实验中的甲烷水合物笼子占有率为85.70%,甲烷水合物分解过程中,表面出现孔洞结构,孔洞直径均匀,为0.20μm,孔洞之间的间距为0.30~2.00μm,孔洞之间很少相互连接,孔洞率约为25%;甲烷水合物吸热继续分解,分解过程为甲烷水合物逐渐收缩至水合物核。 展开更多

关键词 甲烷水合物 石英粉砂 扫描电镜 能谱分析 微观赋存

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天然气水合物开采中冲缝管套冲蚀研究 被引量：2

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作者 邓福成 黄斌 +2 位作者 尹彪 李小森 易先中 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1023-1032,共10页

为准确预测天然气开采中筛管保护套的冲蚀磨损速率和使用寿命,首先,根据储层及完井方式特征,建立冲缝管套筛缝流道模型;其次,利用离散相模型(DPM)模拟砂粒在气、液混合流体中对冲缝管套的冲蚀破坏过程,分析气、液和固三相流作用下筛缝... 为准确预测天然气开采中筛管保护套的冲蚀磨损速率和使用寿命,首先,根据储层及完井方式特征,建立冲缝管套筛缝流道模型;其次,利用离散相模型(DPM)模拟砂粒在气、液混合流体中对冲缝管套的冲蚀破坏过程,分析气、液和固三相流作用下筛缝壁面冲蚀速率随流体流速、含砂体积分数、液相体积分数和开口高度的变化规律;最后,根据筛管冲蚀情况,推导出基于最大冲蚀速率与允许冲蚀宽度的冲缝管套寿命预测模型,预测筛管寿命。研究结果表明:冲缝管套结构中最大冲蚀速度区域为筛缝底部边缘;管套的冲蚀速率随流速增加呈现指数增长趋势,随颗粒体积分数和液相体积分数增加呈线性增长趋势;管套预测使用寿命在速度增加的初始阶段下降明显,液相体积分数和颗粒体积分数增加及开口高度减小都造成使用寿命下降;减小开口高度引起筛管整体的过流面积降低,缝口处流速增大,导致筛管的冲蚀磨损更剧烈,使用寿命减小。 展开更多

关键词 天然气水合物 储层出砂 冲缝管套 冲蚀速率 寿命预测

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利用水合物法分离捕集二氧化碳研究进展 被引量：6

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作者 谢文俊 徐纯刚 李小森 《新能源进展》 2019年第3期277-286,共10页

我国是以煤炭为主要能源的国家,面临着严峻的碳减排挑战。相对于传统气体分离技术,水合物法CO2分离捕集技术具有环境友好、工艺简单、能耗低等特点,被认为是具有应用前景的CO2分离捕集技术,因而被广泛研究。综合调研了国内外水合物法分... 我国是以煤炭为主要能源的国家,面临着严峻的碳减排挑战。相对于传统气体分离技术,水合物法CO2分离捕集技术具有环境友好、工艺简单、能耗低等特点,被认为是具有应用前景的CO2分离捕集技术,因而被广泛研究。综合调研了国内外水合物法分离捕集CO2的研究,从热力学、动力学、微观分析、分离工艺及分离装备、成本比较等方面对相关研究进行了系统分析及综合评价,并详细讨论了水合物平衡条件和不同类型添加剂对水合物平衡条件的影响。为进一步开发水合物法CO2分离捕集技术的研究提供指导。 展开更多

关键词 水合物 二氧化碳 碳减排 气体分离

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