水合物堵塞的特性及分解方法

1、水合物堵塞的特性及分解方法摘要本文研究了水合物堵塞的特性及其分解方法。為了研究水合物的形成以及分解速度和方法，從而進(jìn)行了18個泵循環(huán)及16個低地勢循環(huán)實驗。水合物特性的研究表明，水合物堵塞是在流動回路中形成，它的性質(zhì)（如密度、孔隙度和滲透率）是根據(jù)一些不同參數(shù)（如過度冷卻溫度、礦化度和注氣率）來測量。這些參數(shù)的變化影響著水合物的形成。在低地勢測試中，水合物的孔隙度在0.7到0.86之間，滲透率在2達(dá)西到15達(dá)西之間。我們發(fā)現(xiàn)，在低地勢測試中形成的水合物堵塞是可再生的。水合物形成的時間決定于上述注氣率、過冷溫度及礦化度等參數(shù)。在其他條件相同的情況下，過冷溫度越高、礦化度越低，水合物生成得越快；注

2、氣率越高，水合物生成得越快。假設(shè)氣流持續(xù)時間更長的話，氣流將無法滲透過這些堵塞物。水合物分解的研究表明，水合物堵塞可通過不同的方法進(jìn)行分解，包括加熱、降壓以及加入乙二醇抑制劑。本文在分析了水合物分解實驗結(jié)果后，根據(jù)實驗結(jié)果來選定分解模型，同時，不同的分解模型的模擬也做出了比較。水合物的加熱分解是沿水合物堵塞長度加熱使堵塞物均勻分解。降壓分解實驗表明，降壓分解沿堵塞物長度分布不是均勻的。而抑制劑分解是在抑制劑與堵塞物的接觸點發(fā)生。目前已經(jīng)開發(fā)了第一代抑制劑分解模型。模擬的分解過程中將實驗溫度與壓力作為輸入?yún)?shù)，使模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)更加的吻合。引言水合物是在高壓低溫環(huán)境中氣體分子進(jìn)入水中而形成的冰

3、狀的固體混合物。圖1.1-1是pvt-sim根據(jù)實驗中所用天然氣的組分生成出的水合物平衡曲線。圖1.1-1 水合物平衡曲線上圖說明，在高壓低溫環(huán)境下，水合物的形成是穩(wěn)定的。在關(guān)井的時候，溫度會驟降至海底溫度（3000下為40），因此，如果不進(jìn)行降壓的話，那么系統(tǒng)幾乎全部處于水合物生成的區(qū)域。也就是說，在此環(huán)境下將形成水合物堵塞。在深水采油作業(yè)中，為了避免水合物堵塞，必須對水合物是如何沉淀以及如何在水下衛(wèi)星井、流管及立管中形成堵塞有所了解。當(dāng)在系統(tǒng)中假如熱力學(xué)抑制劑如鹽、乙二醇或甲烷后，水合物平衡曲線向左移動（即向低溫高壓側(cè)移動）。這樣便抑制了水合物的形成。但是，有時流管中的水合物生成無法得到良

4、好的抑制。在此情況中，必須將已經(jīng)生成的水合物堵塞分解，才能重新獲得產(chǎn)量。從此圖中看出，當(dāng)溫度升高、壓力降低或者加入更多的抑制劑時，堵塞物將被分解。此次研究的主要目的是，通過了解水合物的生成現(xiàn)象及其分解方法，從而防止水合物的生成以及為實際情況中的水合物堵塞分解提供指導(dǎo)。為了達(dá)到此次科學(xué)研究的目的，作者用到了三個科學(xué)基本方法。第一，擁有充足的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的觀察結(jié)果從而提出問題。第二，這些信息經(jīng)過多次的檢查從而排除錯誤的結(jié)論。第三，基于理論推導(dǎo)及上述信息與文獻(xiàn)資料的關(guān)系，從而做出如下假設(shè)：1. 水合物形成的時間決定于上述注氣率、過冷溫度及礦化度等參數(shù)。在其他條件相同的情況下，過冷溫度越高、注氣率越

5、高，水合物生成得越快；同時，礦化度越高會延緩水合物的形成。2. 在使用加熱分解方法時，水合物是被均勻地分解。3. 在使用抑制劑分解方法時，水合物的分解發(fā)生在與抑制劑接觸的位置。上述觀點僅為假設(shè)，它們還沒被證實為完全正確。然而，它們可為第三章中的實驗分析做鋪墊準(zhǔn)備。此次研究可以歸類為一個實驗調(diào)查研究，在第二章提出的實驗設(shè)計是非常重要的。第三章中講到通過進(jìn)行18個泵循環(huán)及16個低地勢循環(huán)實驗來模擬閥門泄漏的情況。通過計算堵塞物的滲透率、孔隙度和流動特性來描述水合物堵塞的特性。在18個泵循環(huán)實驗中，水合物通過加熱方法來分解。在16個低地勢循環(huán)實驗中，11個實驗用加熱分解，4個實驗用降壓分解，1個實驗

6、用抑制劑乙二醇（meg）分解。第三章討論了實驗分析以及上述假設(shè)的有效性。并且對實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)做了比較。第四章總結(jié)此次調(diào)查研究的結(jié)論，并提出了后續(xù)的工作。第二章 實驗設(shè)置2.1 實驗裝置此次實驗是在tulsa大學(xué)進(jìn)行的，流動回路由總廠160英尺內(nèi)徑為2.9英寸的不銹鋼管組成。douglas estanga 博士論文中研究水合物堵塞機理時和colorado school of mine 的水合物研究中心研究水合物形成時也用到了這套實驗裝置。流動循環(huán)是靠多相泵的吸入端和排放端來連接。流動路線由5英寸熟鋼管號為10號的不銹鋼鋼管組成，流體進(jìn)入且密封在內(nèi)形成回路。管線上安裝了4個伽馬光密度計，其中三

7、個是固定的，另外一個可以在39英尺長度內(nèi)掃描。固定的那幾個光密度計可以提供固定點密度隨時間的變化，移動的那個光密度計可以掃描39英尺長度上的密度。將油、氣、水和各種添加劑注入到流動循環(huán)中所需的所有設(shè)備都放在流動循環(huán)左邊的處理建筑中，如圖2.1-1所示。流動循環(huán)對面的控制拖車包含了所有數(shù)據(jù)采集模塊和計算機操作的接口。鍋爐系統(tǒng)以及鍋爐房都是最初的基本設(shè)備。圖 2.1-1 流動回路設(shè)備圖圖2.1-2是流動回路的詳細(xì)圖解。整個流動回路安裝在一個長80英尺并且可以前后搖動的平臺上。使用搖動模式時，平臺搖動的最大幅度為8度，最小搖動時間達(dá)30秒。leistritz雙螺桿多相泵可以將流體運送至8度的坡度（在

8、流體下坡運動時，泵不工作）。在12的最大流體粘度下，泵可以提供250gpm的最大流速。泵的吸入和排放壓力都是經(jīng)過測量的，每根管柱間的壓力降以及全程的壓力降也都是經(jīng)過測量的。內(nèi)管的內(nèi)管壁和外管壁都安裝了溫度傳感器。圖 2.1-2 流動回路詳細(xì)圖解乙二醇作為冷卻劑在環(huán)空中流動，根據(jù)處理的液體的情況，可以將其設(shè)為順時針流動或者逆時針流動。測量冷卻劑的進(jìn)口溫度和出口溫度，平均乙二醇的溫度用來控制冷卻等變率。一個20噸的制冷機用來冷卻乙二醇。乙二醇的流速也經(jīng)過測試，并且在每個測試中都保持勻速。在每根管柱的開端和結(jié)束端4個觀測點用來觀察水合物的形成。觀測點由管壁上的三個藍(lán)寶石窗口組成，每個窗口之間相隔12

9、0度。視頻系統(tǒng)可以記錄水合物的形成和分解。實驗中，三個固定的伽馬光密度計收集密度數(shù)據(jù)，用以定量描述以水合物形成與時間相關(guān)的流體密度剖面；一個移動的伽馬光密度計收集密度數(shù)據(jù)提供以掃描距離（39英尺）相關(guān)的流體密度剖面。2.1.1 流體注入系統(tǒng)注入處理建筑中的設(shè)備可以將鹽水、油、溶劑以及添加劑注入到系統(tǒng)中去。通常，油、鹽水和溶劑是通過低壓齒輪泵注入進(jìn)流動循環(huán)。各相注入的質(zhì)量是通過一個micro motion質(zhì)量流量計測量并通過電腦系統(tǒng)記錄。同時，水和添加劑是通過一個milton-roy高壓活塞泵以低速注入進(jìn)流動循環(huán)。鹽水準(zhǔn)備系統(tǒng)是事先利用自來水來準(zhǔn)備鹽水，然后注入進(jìn)流動循環(huán)中。為了保證原油中沒有如

10、石蠟類的沉淀，原油是事先經(jīng)過循環(huán)和加熱，然后注入進(jìn)流動循環(huán)中。整個注入管線是熱記錄描線并且隔熱的，這樣來防止凍結(jié)、膠凝或者結(jié)蠟。2.1.2 氣體注入系統(tǒng)氣體是以體積流量的方式，通過高壓氣缸和一個高壓活塞泵注入進(jìn)流動循環(huán)。雙氣缸交替使用，一個氣缸在充氣的時候另一個氣缸就往流動循環(huán)中注氣。和注入油時一樣，氣體離開氣缸時的溫度和壓力也是測量了的；注入氣體的質(zhì)量也通過狀態(tài)方程和輸入組分進(jìn)行了計算。此系統(tǒng)中的氣體質(zhì)量可以通過peng-robinson（pr）、redlich-kwong（rk）或者benedict-webb-rubin（bwr）等狀態(tài)方程進(jìn)行計算。進(jìn)氣系統(tǒng)可以為流動循環(huán)提供定質(zhì)量的氣體注

11、入，或者為流動循環(huán)維持一個固定的壓力。對于定壓實驗，注入氣體的多少可以用來測量水合物的形成。此系統(tǒng)在后文中被稱作“注氣系統(tǒng)”?！白庀到y(tǒng)”可以以0.2的最大注氣速度向流動循環(huán)中注入氣體。兩個氣缸交替的循環(huán)時間大約為10分鐘。在2008年，流動循環(huán)直接連上了一個壓縮天然氣（cng）系統(tǒng)。后文中將這個系統(tǒng)稱為“cng系統(tǒng)”?！癱ng系統(tǒng)”在保持滲透性測量的溫度下能提供更高的達(dá)2的注氣速度；但是注氣脈沖循環(huán)時間需要45分鐘。注入系統(tǒng)中的氣體流動都是通過微運動測量儀進(jìn)行測量的。2.1.3 油密封系統(tǒng)為了保持多相泵密封處的背壓以及提供冷卻和潤滑作用，我們使用了一個john crane油密封系統(tǒng)。此密封系

12、統(tǒng)不斷地調(diào)整密封處的背壓來記錄流動壓力。我們使用一個蓄電池來保證密封處的壓力，一旦停電，可以給操作人員足夠的時間來降壓，使流動循環(huán)系統(tǒng)處于安全的條件。2.1.4 冷卻系統(tǒng)我們使用了一個20噸的制冷機來冷卻環(huán)空中流動的乙二醇。乙二醇用來冷卻油和視頻設(shè)備。溫度等變率可以調(diào)至40。我們使用一個離心泵使乙二醇循環(huán)流動，乙二醇的流速通過一個磁流量計來計算。帶有蒸汽盤管和其他離心泵的第二個儲存罐中儲存和循環(huán)著溫度高于85的乙二醇。在水合物分解階段，我們使用了一個殼管式蒸汽熱交換機來加熱環(huán)空中循環(huán)流動的乙二醇。2.1.5 鍋爐系統(tǒng)蒸汽是控制流動循環(huán)溫度的一個熱源（特別是在水合物分解階段），同時也提供注液管線

13、的熱量以防止冬天管線堵塞或者結(jié)冰。鍋爐房中安裝了一個450000的鍋爐。鍋爐房中還有一個25馬力（hp）的空氣壓縮機，用來開動控制閥、污水泵和氣體壓縮機。2.1.6 儀器裝置流動循環(huán)上主要安裝了roseman壓力壓差傳感器和溫度傳感器（rtds）。注入流動循環(huán)的液體的多少由一個micro motion coriolis流量計來記錄。表2.1-1列出的是這套系統(tǒng)使用的主要儀器。表 2.1-1 儀器列表（續(xù)表）（續(xù)表）22 修正以及測試方法水合物的形成可發(fā)生在泵循環(huán)或者低地勢的情況下；但是，這個結(jié)論要完全正確的話，需要做出一些修正。下文便是討論這些改變。2.2.1 水合物形成實驗修正：泵循環(huán)實驗：

14、為了在泵循環(huán)實驗中更好地控制水合物形成，在現(xiàn)有的流動循環(huán)設(shè)備上做了如下的修正，如圖2.2-1所示：圖2.2-1 泵循環(huán)中生成段塞的流動循環(huán)結(jié)構(gòu)圖（1）從觀察窗內(nèi)向循環(huán)管道中加入了一塊限流板，假設(shè)它的作用是在移動的伽馬光密度計下形成一個段塞。限流板有2.8英寸長，1英寸寬。（2）安裝了“cng系統(tǒng)”，此系統(tǒng)在保持滲透性測量的溫度下能提供高達(dá)2的氣體循環(huán)速度。（3）安裝閥門的作用是排出段塞形成后的自由液體以及在滲透性測試過程中收集段塞釋放出的液體。低地勢實驗：為了模擬閥門泄露的情況，在此整個實驗中都沒有用到泵。如圖2.2-2所示，氣體呈氣泡狀進(jìn)入流動循環(huán)而不是靠多相泵。圖2.2-2 低地勢實驗中的

15、流動循環(huán)結(jié)構(gòu)圖2.2.2 水合物形成機理：在此低地勢實驗結(jié)構(gòu)圖中，沒有使用到泵，并且有一根管柱內(nèi)充滿了水。如圖2.2-3所示，水合物形成的過程分為四步。第一步，將一根管柱內(nèi)充滿水，此時密封的乙二醇溫度為70。然后將流動循環(huán)加壓到需要的壓力（多數(shù)情況為1500）。然后系統(tǒng)降溫到水合物堵塞形成的溫度（多數(shù)情況為40）。第二步是“進(jìn)氣”階段。在水合物形成的條件下，氣體呈泡狀由管的一端進(jìn)入，注汽速度為0.2-2。第三步水合物形成階段當(dāng)氣體在合適的壓力和溫度進(jìn)入水中時，水合物在管中聚集并且開始慢慢地驅(qū)替水。第四步，整個管中都充滿了水合物，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，水合物生成的過程就完成了。然后通過水合物堵塞向管柱中

16、注氣，同時測量壓降。這個數(shù)據(jù)的作用是利用達(dá)西公式來計算堵塞物的滲透性。圖2.2-3 低地勢實驗機理圖2.2.3 水合物分解實驗修正泵循環(huán)實驗：在泵循環(huán)實驗中，主要的研究對象是水合物的特性，因此我們加熱乙二醇全力使水合物迅速（小于4小時）分解。在低地勢實驗中，對分解過程進(jìn)行了研究。低地勢實驗：在處理完所有低地勢實驗中的數(shù)據(jù)后，對水合物的分解過程進(jìn)行了研究。為了排水以及避免在分解時堵塞物的坍塌，我們使用了一個2度的傾角。每隔10到15分鐘做一次密度描線，來記錄質(zhì)量的變化。在溫度（加熱）或者壓力（降壓）步驟結(jié)束后，等伽馬光質(zhì)量儀穩(wěn)定后下個步驟才開始。水從低處的觀察窗口排除，避免在密度掃描儀下聚集。圖

17、2.2-4展示的是一個熱分解的例子。圖2.2-4 熱分解實驗結(jié)構(gòu)圖2.2.4 水合物生成模式：所有水合物生成實驗中，18個實驗是在泵循環(huán)模式下完成的，其他16個是在低地勢模式下完成的。表2.2-1和表2.2-2中分別列出了實驗?zāi)Ｊ?。泵循環(huán)實驗：在泵循環(huán)的18個水合物生成實驗中，含水量（體積）的區(qū)間為25%至65%，積液量（體積）為50%至75%。鹽度（質(zhì)量）變化為0%至7%。具體的實驗?zāi)Ｊ饺绫?.2-1所示：表2.2-1 泵循環(huán)實驗?zāi)Ｊ降偷貏輰嶒灒涸诘偷貏莸?6個水合物生成實驗中，含水量為100%。注氣速度為0.2至2。鹽度變化為0%至14%。過冷溫度范圍為5至21。具體的實驗?zāi)Ｊ饺绫?.2-

18、2.表2.2-2 低地勢實驗?zāi)Ｊ綀D2.3 實驗流體在泵循環(huán)實驗中，為了模擬生產(chǎn)環(huán)境，西鐵古（citgo）19號油、天然氣和水被選作為水合物生成的實驗流體。在低地勢實驗中，為了模擬閥門泄露的情況，不同鹽度的水喝天然氣被選作為水合物生成實驗流體。2.3.1 西鐵古（citgo）19號油在泵循環(huán)實驗中，西鐵古（citgo）19號油被選作水合物生成實驗中的油相。它是一種無粘著力的礦物油，通常用以潤滑。因為其明亮、清澈度高，所以非常適用于此次實驗的觀察。因為它的美國石油協(xié)會燃油比重度數(shù)只有32.9度，它被歸納為輕油一類。在標(biāo)況下，西鐵古19號油的密度是860。表2.3-1列出的是此款油的化學(xué)組分的重量百

19、分比。表2.3-1 西鐵古19號油的化學(xué)組分2.3.2 天然氣注入氣選擇的是tulsa city的天然氣。實驗條件（1500和40）下，此天然氣的密度為96。表2.3-2列出的是此款天然氣的化學(xué)組分的摩爾百分比。表2.3-2 tulsa city天然氣的組分2.3.3 水/鹽水注入的水相選擇的是自來水和鹽度為3.5%、7%和14%的鹽水。鹽水溶液配制時，使用的是溶解了99.99%氯化鈉片的自來水。3 實驗結(jié)果文章此部分為水合物性質(zhì)以及分解研究的詳細(xì)信息。分析的主要依據(jù)是密度記錄器的密度描線、壓力測試、溫度測試、壓降、肉眼觀察以及模擬對比。由于此調(diào)研包含了水合物性質(zhì)研究以及其分解的研究，因此是研

20、究結(jié)果分為了兩部分。首先討論的是水合物堵塞的形成及其性質(zhì)。在不同的鹽度、過冷溫度和注氣率下形成了不同的水合物堵塞。緊接著是水合物堵塞分解的研究討論。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇了不同的模型，并將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)做了比較。3.1 水合物性質(zhì)研究在此部分將具體討論水合物特性的研究結(jié)果。為了研究水合物堵塞的類型以及不同參數(shù)對其滲透性和形成時間的影響，我們進(jìn)行了兩組實驗：泵循環(huán)實驗和低地勢實驗。在兩組實驗中都用到了伽馬光密度計來測量移動區(qū)域內(nèi)水合物堵塞的密度。此數(shù)據(jù)對于計算水合物滲透性以及管中水合物的質(zhì)量來說是非常重要的。每隔半英寸就記錄一次管中的密度，即，在39英尺的長度內(nèi)記錄了925個點的密度來形成記錄器的

21、密度描線。圖3.1-1伽馬光密度儀的照片以及其在水合物形成后做密度掃描記錄描線的實例。圖3.1-1 移動密度儀的記錄描線圖3.1.1 水合物的類型我們將水合物歸為漿狀、多孔狀和濃稠狀三類，它們的濃稠度分別類似于瑪格麗特漿、一堆玻璃珠子和被壓實的雪。tu流動循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的漿狀水合物類似于fang和wang（2008）做出的泥漿狀的水合物。產(chǎn)生的多孔狀的水合物和任何以往文獻(xiàn)中記載的都不類似。圖3.1-2中展示的是我們的流動循環(huán)中產(chǎn)生的水合物。圖3.1-2 tu流動循環(huán)中的水合物3.1.2 泵循環(huán)實驗在18個泵循環(huán)實驗中，水合物形成的位置與假設(shè)的位置（限流板位置）不一致。一些水合物在限流板后以及u型區(qū)

22、域形成。在泵循環(huán)實驗中，水合物堵塞不是通過假設(shè)那樣聚集而形成的，實驗中我們得到的多為漿狀水合物。實驗中的積液體積百分比為50%到75%，含水量體積百分比為25%到65%。但是實驗中并未回收到水，這說明水被“困”在水合物中，或者是轉(zhuǎn)化為了水合物。表3.1-1中記錄了水合物堵塞形成的位置以及計算后的滲透率。表3.1-1 泵循環(huán)實驗中的滲透性數(shù)據(jù)上表中，第一列是實驗編號。第二列是通過達(dá)西定律計算出的滲透率。第一個子列記錄的是形成在伽馬光密度儀移動區(qū)域內(nèi)的水合物堵塞的滲透率，第二子列記錄的是形成在u型區(qū)域或其他管內(nèi)的水合物堵塞的滲透率。第三列是用來計算水合物堵塞滲透率的水合物堵塞段長度。其中第一個子列

23、記錄的是形成在伽馬光密度儀移動區(qū)域內(nèi)的水合物堵塞的長度，第二子列記錄的是形成在u型區(qū)域或其他管內(nèi)的水合物堵塞的長度。伽馬光密度儀移動區(qū)域內(nèi)的水合物堵塞長度是根據(jù)密度掃描描線數(shù)據(jù)得來。第四列是各實驗的備注。實驗中未表現(xiàn)出水合物堵塞的區(qū)域，雖然的確有水合物沉淀的形成，但是他們沒有對流動循環(huán)造成堵塞。滲透性計算：在堵塞物形成后，測量壓力降來計算其滲透率。氣體循環(huán)通過堵塞物，并對不同壓差和氣流速度下的情況都做了測量。滲透率是通過達(dá)西定律計算出來的，測試原理如圖3.1-3，方程3-1。圖5 達(dá)西定律測試原理圖 （3-1）泵循環(huán)實驗中測量的滲透率存在不確定性，是由于：（1）滲透率隨堵塞物長度發(fā)生變化；（2

24、）水合物沉淀是否完全堵塞；（3）堵塞物上方或者中間是否存在氣體通道；（4）對堵塞物長度/位置的未知。情況1：滲透率隨堵塞物長度發(fā)生變化：圖3.1-4是水合物形成期間排水前后的密度掃描描線圖。圖3.1-4 hyd2008-025實驗密度掃描描線圖此圖中，縱軸是密度，單位是。橫軸是距離，單位是。綠線表示排水前的密度，紅線表示排水后的密度。排水后，管中最高的密度在0.8左右，最低的密度在0.15左右。0.8的密度表示管中幾乎充滿了水合物，而0.15的密度表示此區(qū)域管中幾乎只存在氣體。以此看出，水合物堵塞并不均勻。因此我們可以將一塊堵塞物看做由一系列不同滲透率的堵塞物組成，如圖3.1-5所示。圖3.1

25、-5 沿堵塞物長度的滲透率分布圖每一部分的滲透率計算由方程3-2計算，總的滲透率由方程3-3計算。計算結(jié)果和方程3-1 的計算出的滲透率相同。 （3-2） （3-3）對于這些水合物堵塞來說，最低的滲透率決定了總的滲透率。例如，假設(shè)一個水合物堵塞長65，前2長度的壓差為50；由于存在一個氣體通道，剩余63長度的壓差僅為0.1。在流體流速為0.2的情況下，總滲透率。然而，由于實驗設(shè)備的限制，我們不能測量到每一個小部分的壓降。我們所能得到的是整個65英尺長度上的壓差或者u型長度上的壓差以及整段的滲透率。情況2：水合物沉淀未完全堵塞：圖3.1-6描述的是水合物形成過程中未完全堵塞管道的情況。在密度描線

26、圖中可知，管中的密度僅有約0.5，表明管中僅有一半是水合物。圖3.1-6 hyd2008-014實驗密度掃描描線圖如圖3.1-7所示，管中只有一半的空間被水合物堵塞。此情況下的滲透率測量結(jié)果高達(dá)16000達(dá)西，大小和全通管道差不多。在此種情況下，我們認(rèn)定水合物沉淀生成但是并未堵塞管道。圖3.1-7 泵循環(huán)實驗中水合物未堵塞管道情況圖情況3：堵塞物中間存在氣體通道：如圖3.1-8所示，堵塞物孔隙中間存在氣體通道。此情況中，堵塞物不能完全限制氣體的流過，氣體由通道直接流過。因此，壓降會變得很小，所測得滲透率就會很大。圖3.1-8 泵循環(huán)實驗中水合物堵塞中間存在氣體通道情況圖情況4：對堵塞物長度/位

27、置的未知：水合物堵塞不會都在預(yù)期的位置生成，因此很難估算水合物堵塞的長度。圖3.1-9描述了此情況下水合物沉淀可能形成的位置。在泵循環(huán)實驗中，有兩個位置可能形成非滲透性的水合物堵塞：第一個是在伽馬光密度儀移動區(qū)域，另一個是在u型區(qū)域或者其他管道。另一個問題是，壓差的測量是在兩個觀察窗之間進(jìn)行的，距離是65英尺，而不是伽馬光密度儀移動區(qū)域的39英尺。因此，在伽馬光密度儀前面的20英尺和后面的5英尺內(nèi)水合物的密度是無法監(jiān)測到的。表3.1-1已經(jīng)列出了滲透率從0達(dá)西到65達(dá)西的實驗。圖3.1-9 泵循環(huán)實驗中可能生成水合物的位置圖孔隙度計算：孔隙度是水合物最重要的特性之一，也是水合物分解模型一個重要

28、的輸入?yún)?shù)。在假設(shè)堵塞物形成后液體可以被排出的情況下，孔隙度可以用伽馬光密度儀測出的密度通過方程3-4計算出：（3-4）在方程3-4中，xx是通過伽馬光密度儀測得；xx是在一定壓力和溫度下給定氣體組分通過pvt-sim軟件計算得出；xx是在相同壓力和溫度（通常為xx）下氣體的密度。在許多實例中，伽馬光密度儀的數(shù)據(jù)不是很可靠，因為通常液體不能從漿狀水合物中完全排出。因此，孔隙度是從水合物和“被困”液體的密度中計算出來的，而不是單從水合物的密度中計算得來。水合物堵塞也不是總在密度儀移動區(qū)域下形成，它們也可能在管道的其他地方形成，也就說密度掃描描線的結(jié)果不能代表整個水合物堵塞。泵循環(huán)實驗中的這些測量

29、數(shù)據(jù)不能完全代表水合物堵塞的特性，因此文章下部分將用模擬閥門泄露的情況來生成水合物堵塞。3.1.3 低地勢實驗在先前的18個泵循環(huán)測試中，孔隙度測試未能成功，并且滲透率測試存在許多不確定性。為了更好的得到水合物的孔隙性和滲透性數(shù)據(jù)，我們使用了能在伽馬光密度儀移動區(qū)域內(nèi)形成已知長度水合物堵塞的低地勢實驗。在此實驗中，孔隙度測量時液體能很容易地被排出；滲透率測量時最大的不確定性來自于存在氣體通道。由于低地勢實驗可以得到更好的數(shù)據(jù)，我們調(diào)查了流動特性并根據(jù)注氣速度來研究水合物的形成。滲透率計算：低地勢實驗中的滲透率測量方法與泵循環(huán)實驗中使用的方法相同。只是唯一的不確定因素來源于氣體通道。在低地勢實驗

30、中，水合物生成后就開始測量密度。氣體通過堵塞物進(jìn)入循環(huán)中；測量不同壓差和注氣率的情況。在此實驗中使用了兩種不同的注氣率，分別為0.2xx和2xx。3.1.2部分中的“注氣系統(tǒng)”選用的是0.2xx的注氣率。在那個系統(tǒng)中，兩個氣缸每隔10分鐘交換一次，交換過程會引起壓力波動。如圖3.1-10所示，隨著氣體的注入，滲透率在降低，最低時為10達(dá)西。圖 3.1-10 hyd2009-007實驗中的壓差與滲透率圖當(dāng)注氣率為2xx時，選用的是“cng”系統(tǒng)。此系統(tǒng)45分鐘卸載一次，同時引起壓力脈沖。由于這個壓力脈沖，水合物被壓縮，變得更加稠密。由于壓差是階梯狀上升的，因此滲透率也是階梯狀下降的。如圖3.1-

31、11圖3.1-11 hyd2009-005實驗中的壓差與滲透率圖整個注氣時間即為水合物生成時間。在多數(shù)實驗中，當(dāng)達(dá)到最大的安全壓差時和水合物堵塞坍塌時，注氣便停止。測量到的最小滲透率變化范圍在2達(dá)西到15達(dá)西之間。如圖3.1-12所示，滲透率與形成時間相關(guān)。當(dāng)水飽和的氣體流過堵塞物時，滲透率會隨著時間增加而降低。我們假設(shè)，如圖3.1-12，如果繼續(xù)注氣的話，氣體將無法再滲透這些堵塞物。表3.1-2中總結(jié)了滲透率的數(shù)據(jù)。然而，在少數(shù)實驗中，當(dāng)堵塞物坍塌后仍然繼續(xù)注氣，括號內(nèi)的時間是從注氣到達(dá)到最小滲透率所用時間。實驗hyd2009-006和-019的數(shù)據(jù)并未列出，由于存在氣體通道的原因，這兩組數(shù)據(jù)的滲透率過大，不具有代表性。圖3.1-12 水合物變?yōu)榉菨B透性表3.1-2 低地勢實驗中滲透率數(shù)據(jù)表按比例放大數(shù)據(jù)：在堵塞物長度為39英尺和注氣率為0.2xx的情況下，低地勢實驗得出的最小滲透率為2