升深2-1区块天然气水合物生成实验与预测模型.pdf

第 3 2卷第 2期 杨树人， 等 升深 2 - 1区块天然气水合物生成实验与预测模型 立刻启动加热装置， 逐渐升高温度， 直至水合物消失， 再 缓慢降低温度； 当温度降至某一温度， 反应釜中形成少 量水合物时， 停止降温， 保持水浴温度； 缓慢升高温度， 发现水合物有分解现象时， 停止升温， 记录该点温度与 压力值， 重新设定压力， 重复上述过程。 2 实验现象通过反复多次实验可观测到 当实 验条件达到水合物形成的临界温度时， 一旦温度继续降 低 ， 达到水合物生成的临界点， 此时温度有一个明显的 升高， 通过釜壁可依稀观测到细小的白色颗粒， 这时稍 微增大压力 ， 可观测到分散在液相 中的晶核越来越多 ， 并且不断聚结， 出现了浆状沉淀， 此刻釜内液相已变得 浑浊并且迅速堆积凝固， 形成像冰块状的透明固体 即 水合物 ， 堵塞了整个高压釜 。 3 实验结论天然气水合物的形成过程实际上是 晶核的形成和晶体的成长过程；对于一定组分的天然 气， 在给定温度 或压力 下， 就有一个水合物形成压力 或温度 ， 高于这个压力 或低于这个温度 将形成水合 物， 而低于这个压力 或高于这个温度 则不形成水合 物。随着温度升高 ， 形成水合物的压力也随之升高[5 1 。 3 天然气水合物的形成预测模型 气体水合物可以有几种不同的结构型式， 按晶格类 型的不同， 通常将水合物划分为两种结构型式， 即结构 I 型和结构Ⅱ 型[6 -8 ] 。 每种结构都存在水相 冰、 液态水或 水蒸汽 。 水合物状态与纯水态 冰、 液态或汽态中的水 相比在能量上更为有利时就会形成。 一般认为纯水状态 转变为水合物状态包含以下两步 纯水 仅相 到空水合物晶格 13 相 ， 空水合物晶格 p 相 到填充了气体的水合物晶格 H相 ， 其中 、 p和 H用来表示所考虑的 3 种状态 ， 何种状态在能量上处于 有利地位与该状态具有最低的化学位有关。 对有水合物生成的相平衡体系， 水在水合物相 H 相 与富水相 w相 中的化学势 应当相等， 即 ／ z H ． 1 若以水在 p相的化学位 为基准 ， 则可写出 △ “ △ w ． 2 △ 表示空水合物晶格和填充 晶格相态的化学位 差， 可按下式计算 “ ／ z - ／ x “ I n 1 - v j ． 3 △ 表示完全空的水合物晶格与水相的化学位偏 差。它是温度、 压力的函数， 可按下式进行计算 一 d 盟d p l n x T o RT 0 RT w． 尺 J 2 ⋯ 。J 4 根据 2 式 、 3 式和 4 式可得 一 d 』 l n x w 一 ∑ I n 1 一 ∑y ， ． 5 4 计算与实验结果对 比 所用的气样取 自升深 2 - 1区块 3口气井 ， 其天然 气成分如表 l 所示。 表 1 天然气成分 分析 井号 表 2 一表 4给出了水合物形成临界温度的实验 值和采用 5 式得出的计算值， 其最大误差值分别为 0 ． 3 7 5 ％ ， 0 ． 0 6 5 ％和 0 ． 3 8 5 ％． 表 2 升深平 1 井水合物形成条件比较 压 力 温 度 ℃ 塑 压 力 温 度 ℃ 塑 M P a 实验值计算值 M e a 实验值计算值 2．8 O _ 8 1 ． 1 0 ． 3 7 5 1 2 ． 0 1 4．9 1 5 ． O O ． o 0 5 ． 0 5 ． 4 5 ． 9 0 ． 0 92 1 6 ． O 1 6 ． 6 l 6 ． 6 0 8． 1 1 1 ． 2 l 2． 1 0 ． 0 8 0 2 0 ． 6 1 7．5 l 8 ． 4 0 ．0 5】 1 0．0 1 2 ． 8 1 3．7 0 ． 0 7 0 2 4 ． 9 1 7 ． 9 2 O ． 1 0． 1 2 1 表 3 升深更 2井水合物形成条件 比较 压 力 温 度 ℃ 塑 压 力 温 度 ℃ 塑 M P a 实验值计算值 M P a 实验值计算值 2．9 2 ． 0 2． 1 0 ． 0 5 0 1 2 ． 0 1 4 ． 4 1 4．7 0 ． 0 2l 4．2 6 ． 2 6．6 0 ． 0 6 5 1 6．O 1 6 ． 5 1 7_ 3 0 ． 0 4 8 5 ． 1 7 ． 9 8 ． 1 0 ． 0 2 5 1 9 ． 5 1 8 ． 3 l 8 ． 8 0 ． 0 2 7 8 ．O l 】 ． 8 l 2- 3 O ． 4 2 2 3．6 l 9 ． 5 l 9． 8 0 ． O1 5 表 4 升深 2 - 1 井水合物形成条件比较 压 力 温 度 ℃ 塑 压 力 温 度 ℃ 塑 翌 MP a 实验值计算值 MP a 实验值计算值 2．9 1 ． 3 1 ．8 0． 3 8 5 1 3 ． 8 1 5-3 l 6 ． 5 0．O 7 ≤ 6 ． 1 5 ． 9 6 ． 2 0 ． 0 5 0 1 8 _ 3 1 6 ． 1 1 7 ． 8 0 ． 1 O 1 0．O l 1 ． 9 1 3．9 0 ． 1 6 8 2 4．O 1 6 ． 8 1 8 ． 8 O． 1 1 S 将实验结果与计算机模拟预测结果绘制成曲线， 二者进行比较 ， 如图 3所示。 在给定组分和压力条件下， 天然气水合物的生成 与否主要取决于温度。由图 3 可以看出， 对于一定组 分天然气， 压力越大， 水合物的形成温度越高； 当温度 为 0 ～ 1 7 c C 时， 压力升高， 水合物形成温度变化很明显， 当温度高于 l 7 c iC 时 ， 压力升高 水合物形成温度变化 很小； 两条曲线趋势相同， 且吻合程度较好。 由此可以