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随着海洋开发深度的增加,混输管线中的水合物问题越来越受到人们的重视。传统的防止水合物技术囚应用条件和高成本很难应用于深海油气田的开发。新的技术之一就是把水合物以固体颗粒的形式分散在多相流中形成浆液进行输送。
本文首先开发了混输管线中的多相相态计算模型。可以完成气液两相、油气水三相及油气水水合物四相的相平衡计算。在相平衡研究的基础上,应用VisualC++6.0开发了用于混输管道计算的软件,相平衡可以采用不同状态方程进行闪蒸计算、混合物物性计算、混合物相包线临界点计算。
为了研究水合物浆液流变特性,对不同含水率制冷剂水合物TBAB与THF在油水乳状液中形成的水合物浆液进行了实验研究。研究发现水合物浆液表现出剪切释稀性并且乳状液的初始粘度对水合物浆液压降影响很大。当含水率增加时浆液的非牛顿流体性质逐渐增强。水合物浆液相对粘度随水合物体积分数增加而增加。采用流动环道研究了水合物浆液的流动特性。根据环道实验结果,分析了水合物生成过程中耗气量、压力、流量与时间的关系,分析了水合物浆液表观粘度的变化。
利用开发的相态模型,在前人研究基础上,完成油气两相及油气水三相流动的组分模型,可以进行分层流及段塞流的计算。开发了气—水合物浆液的流动模型。模型可以确定管道内的相数、判断水合物开始出现的位置、计算气液相的流量和摩尔组成,计算气液相的热力学参数等。
开发了水合物生成的壳模型,对于油气水三相分层流动中油水相是否乳化而分成水滴转化与气泡转化两种方式。对于所建壳模型,采用Eular法求解,并对影响因素进行了分析,发现气体在水合物区的扩散系数是对反应时问影响最大的因素。把壳模型加入管流模型中。并与采用水合物热力学模型的流动模型进行了计算对比。壳模型采用水合物动力学模型,同时考虑气液接触面积对水合物生成速度的影响,使得模型更加接近实际管流中水合物生成过程。