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探究海底可燃冰开发流动保障技术

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  摘要:本文主要对海底可燃冰开发流动保障技术进行探究,先是阐述了可燃冰的性质,其次在论述可燃冰开发现状的基础上。对海底可燃冰开发流动保障技术实践要点进行探究,希望分析后可以给该领域的研究者提供帮助。
  关键词:海底可燃冰;开发流动;保障技术
  
  深水环境具有巨大的不确定性。在深水环境中既有高压也有低温。这些因素将导致井筒、设备和海底管道的流动安全得不到保障。研究近海可燃冰对于确保深海天然气水合物开发的安全性和可靠性十分有必要。这是由于深海环境的复杂性所导致的。油气流动保障一般包括管道安全设计和安全操作风险评价、段塞跟踪、结蜡风险、水合物风险、腐蚀、清管作业、泄漏分析等,以保证井身和管道的完整性。井筒中水合物的再生成和流体携带可燃冰颗粒流动以及井筒段塞流的影响是可燃冰流动保障关注的重点。
  1 可燃冰的性质
  那么可燃冰是什么呢?甲烷水合物,甲烷冰,天然气水合物都被称为可燃冰。甲烷气水合物也是可燃冰的一种。可燃冰的基本特征是无色,透明,冰晶状体。由甲烷和水形成的笼型气体水合物,水分子通过氢键被彼此吸引以形成笼,并且甲烷分子存在于该笼中。可燃冰中甲烷的成分占到80%~90%。
  存在自有水,存在游离气,高压,低温都是生产天然气水合物的地质条件。压力越大,可燃冰形成的概率越小。在压力足够的情况下,可燃冰在18摄氏度能够维持稳定,但如果高于20摄氏度压力再大也无法形成天然气水合物。这充分说明了依靠压力维持稳定状态也是有极限的。0.8m3的水和70~220m3的天然气是由1m3的天然气水合物分解后形成的,天然气水合物就像络合物一样。,但是天然气水合物的气体分子比较小。0.83nm一般情况下是它的最大体积。
  2 可燃冰开发现状
  早在1934年前苏联首次发现天然气水合物。由于其中的巨大的经济效益而引起世界对水合物的关注。许多国家都把可燃冰作为新能源的开发方向。并对可燃冰进行开发研究。中美日苏等国家对可燃冰的开发比较注重。早在2002年日本就同加拿大合作对北极地区的可燃冰进行现代化测试。十年后的美国也对可燃冰进行置换实验。但是由于设备问题,即使实验取得了成功。也被迫停止生产。13年日本在海上通过分解可燃冰开采天然气。将二氧化碳注入可燃冰中进行减压。对解压后分离出来的甲烷天然气进行开采。这个实验也取得了成功。但是由于开采设备出现问题,实验不得不被迫以失败告终。五年之后日本同样由于出沙问题不得不中断了从近海海底埋藏的可燃冰中提取甲烷的实验。日本失败之后我国紧随其后。我们都知道我国的南海矿产资源丰富。可燃冰拥有量大纯度高。这为我国开采可燃冰资源提供了有利的条件。17年我国成功在南海开采可燃冰近两个月。在南海开采的天然气量达到30万立方米。取得如此大的成果,不仅在我国引起重大反响,对于世界都是一个惊喜。
  3 海底可燃冰流动保障问题
  3.1 可燃冰海底管线防冻堵及解堵问题
  可燃冰的开采方式有很多,目前我国对可燃冰的主要开采方法是降压采气方式。井底温度随着井底压力的降低而降低。气体在井筒中流动能量会有损耗使得其温度会再次降低。我们都知道水的温度是随着水的深度在不断降低的。在深水环境中水的温度一般在2~4摄氏度。从另一点来说,海水的流动会带走海管的一部分热量。这就可能会再次形成水合物。很容易使工程无功而返,得不偿失。
  3.2 可燃冰颗粒进入井筒
  水合物的产生是无法完全避免的。因为一部分为分解的可燃冰,我们都知道可燃冰一般以固体的形式存在。即使它被开采也有可能以固体性质存在。如果固体颗粒型是个可燃冰进入井筒,就会再次形成水合物。你们所做的并不是完全避免水合物的形成。而是找到一个生产边界,使这个生产边界在水合物生成的同时,依然可以使可燃冰气体安全输送。
  3.3 管道腐蚀问题
  当二氧化碳在流体中的分压达到一定值时,就可能会腐蚀生产管材。可燃冰气体中含有少量的二氧化碳。可燃冰中的二氧化碳很可能对油管以及海底管线造成腐蚀。那么有关系,海底管线遭到腐蚀就很可能会泄露。不仅是对能源的一种浪费,而且也会造成严重的环境污染。
  3.4 井筒中段塞流
  井筒中一般都会有积液现象的存在。井筒中的的段塞流就是气流将该段中的积液举升形成的。如果形成断塞流就会导致流动阻力增大,那么必将有损油气输送的稳定性。
  4 可燃冰流动保障研究进展
  4.1 水合物生成研究
  经验或半经验模型以及理论预测模型是目前预测水合物生成的几个模型。我们一般采用经验模型。因为它的计算方便简单。但它只能用于初步估算和某一特定研究,因为它的计算精度不高。理论预测模型计算精度较高,计算复杂是由于它建立在机理的基础上。
  4.2 可燃冰颗粒流动研究
  目前,可燃冰开采过程主要是垂直流固两相流,流体携带可燃冰颗粒流动。目前,这种流动模式主要是基于流体静力学条件下固体颗粒的沉降模型,以及任意流体速度和固液密度差条件下固体颗粒在牛顿流体中最终速度的计算模型。附加质量力、Basset力、Magnus力、Saffman力等忽略不计,只考慮重力、浮力和表面阻力是由于井筒中的流固流动一般属于稀疏固体流动。变速运动过程中的惯性力在颗粒速度末速模型中不予考虑。
  4.3 段塞流研究
  不论是分离器还是段塞流补集器都会随大量的液体过段塞流进入其中。因为这些液体具有高能量和高速流动的特点。所以断塞输送设施非常重要。如果这些设施发生损坏,后果将是极其严重的。从而降低产量,产生高回压。
  5 结语
  为了能够实现从开采,井筒流动到管线技术的全过程数字化。我们可以搭建海底可燃冰流动保障的数字孪生生产系统。我们可以不断提高产品的创新水平。用创新技术带动可燃冰生产系统优化和生产参数的优化。努力提高生产效率,不断优化设备维护的方式,以此来提高海底生产系统的整体寿命,以实现可燃冰开采的安全性和可靠性。
  参考文献:
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  [3]冯望生,宋伟宾,郑箭的,张维滨,腾兆健.可燃冰的研究与开发进展[J].价值工程,2013,(8):3132.
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