流动体系油包水乳状液微观特性对气体水合物生成传质传热影响机理研究

For the demand to apply the hydrate slurry flow technology to the flow assurance in deep water oil and gas industry, as a method of hydrate risk management, the microscopic characteristics of water-in-oil emulsion are observed by the in-situ particle size analyzers of Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) and Particle Vision and Measurement (PVM) in a high pressure hydrate slurry flow loop. The relationships between the microscopic characteristics of water-in-oil emulsion in flow statement at different water cuts and flow rates are investigated. And, the size, the shape and the distribution of the water droplets in the water-in-oil emulsion can be described by a quantitative expression. The effects of microscopic characteristics of water-in-oil emulsion on the mass and heat transfer during gas hydrate formation are discussed. A more perfect gas hydrate growth model to predict the gas hydrate formation rate and volume is developed, considering the microscopic characteristics of water-in-oil emulsion, thermodynamics, kinetics, mass and heat transfer. It is concluded that the theoretical bases and technical supports would be provided to control the hydrate plug problems to apply the hydrate slurry flow technology in deep water oil and gas industry.

围绕深水流动保障水合物风险控制之水合物浆液流动技术的需要，通过在高压水合物浆液流动环道上，结合在线高倍粒度分析仪(FBRM和PVM)，研究流动体系中油包水乳状液的微观特性，探知此微观特性在不同含水率与流动条件下的变化规律，揭示油包水乳状液液滴大小、形状及分布等对水合物生成传质传热的影响机理，提出油包水乳状液微观特性的定量表述方法，完善油包水乳状液水合物生成预测模型，建立综合考虑油包水乳状液微观特性、热力学、动力学、传质和传热的水合物生长模型，用以更加准确地预测水合物生成速率和生成量，为实现水合物风险控制之水合物浆液流动技术提供有力的理论依据和技术支持。

随着深海油气开采不断深入，为实现以水合物浆液技术为代表的风险控制方式，解决深水海底管道水合物冻堵问题，项目从流动体系油包水乳状液微观特性出发，以揭示其对水合物生成传质传热影响机理为目标，着眼于建立综合多因素的水合物生成速率预测模型，来数值模拟水合物生成过程，创新性工作如下：. 依托高压水合物环道，借助在线微观测量设备，开展水合物生成实验研究，分析多因素影响的油包水乳状液微观特性；采用有限元法，将测量的液滴弦长个数分布，转换成颗粒粒径体积分布，结合流动条件与流体物性参数，建立了流动体系油包水乳状液微观特性的定量表述。. 基于水合物生成前后的微观测量数据，证实了水合物以油包水乳状液中水滴为核心，成核结晶并以壳体形式生成的机理；因油包水乳状液，液滴分散越均匀，粒径越小，水合物生成气水比表面积越大，越利于水合物生成过程中的传质传热；因此，不可忽视油包水乳状液微观特性对水合物生成的影响，基于所建油包水乳状液微观特性定量表述方法，结合热力学、动力学及传质传热等因素，完善并建立了综合考虑多因素的水合物生成速率预测模型，预测精度更好适用性更强。. 基于高压水合物环道实验数据，应用综合考虑多因素的水合物生成速率预测模型，模拟水合物生成过程；采用多元回归，构建了水合物生成参数的预测经验相关式；用以实现根据体系流动条件与流体物性，即可快速地明确油包水乳状液微观特性的定量信息，并能有效地预测水合物在油包水乳状液中的生成规律及特性的目的。.本项目深化了水合物生成机理研究，也是水合物浆液生成分解、黏度、阻力特性及稳定性研究的基础，共发表论文24篇（包括国际期刊4篇SCI/EI，国内期刊4篇EI，国内外会议10篇等），项目负责人参编出版专著1部（执笔第四章），授权实用新型专利1项，申请发明专利2项，登记软件著作权1项，培养博士生5名、硕士生6名，邀请国际知名教授来校交流，项目组成员多次应邀到多个国际知名院校访问交流。