王九榮

摘要：本文主要對海底可燃冰開發(fā)流動保障技術(shù)進(jìn)行探究，先是闡述了可燃冰的性質(zhì)，其次在論述可燃冰開發(fā)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上。對海底可燃冰開發(fā)流動保障技術(shù)實(shí)踐要點(diǎn)進(jìn)行探究，希望分析后可以給該領(lǐng)域的研究者提供幫助。

關(guān)鍵詞：海底可燃冰;開發(fā)流動;保障技術(shù)

深水環(huán)境具有巨大的不確定性。在深水環(huán)境中既有高壓也有低溫。這些因素將導(dǎo)致井筒、設(shè)備和海底管道的流動安全得不到保障。研究近?？扇急鶎τ诖_保深海天然氣水合物開發(fā)的安全性和可靠性十分有必要。這是由于深海環(huán)境的復(fù)雜性所導(dǎo)致的。油氣流動保障一般包括管道安全設(shè)計和安全操作風(fēng)險評價、段塞跟蹤、結(jié)蠟風(fēng)險、水合物風(fēng)險、腐蝕、清管作業(yè)、泄漏分析等，以保證井身和管道的完整性。井筒中水合物的再生成和流體攜帶可燃冰顆粒流動以及井筒段塞流的影響是可燃冰流動保障關(guān)注的重點(diǎn)。

1 可燃冰的性質(zhì)

那么可燃冰是什么呢？甲烷水合物，甲烷冰，天然氣水合物都被稱為可燃冰。甲烷氣水合物也是可燃冰的一種。可燃冰的基本特征是無色，透明，冰晶狀體。由甲烷和水形成的籠型氣體水合物，水分子通過氫鍵被彼此吸引以形成籠，并且甲烷分子存在于該籠中。可燃冰中甲烷的成分占到80%～90%。

存在自有水，存在游離氣，高壓，低溫都是生產(chǎn)天然氣水合物的地質(zhì)條件。壓力越大，可燃冰形成的概率越小。在壓力足夠的情況下，可燃冰在18攝氏度能夠維持穩(wěn)定，但如果高于20攝氏度壓力再大也無法形成天然氣水合物。這充分說明了依靠壓力維持穩(wěn)定狀態(tài)也是有極限的。0.8m3的水和70～220m3的天然氣是由1m3的天然氣水合物分解后形成的，天然氣水合物就像絡(luò)合物一樣。，但是天然氣水合物的氣體分子比較小。0.83nm一般情況下是它的最大體積。

2 可燃冰開發(fā)現(xiàn)狀

早在1934年前蘇聯(lián)首次發(fā)現(xiàn)天然氣水合物。由于其中的巨大的經(jīng)濟(jì)效益而引起世界對水合物的關(guān)注。許多國家都把可燃冰作為新能源的開發(fā)方向。并對可燃冰進(jìn)行開發(fā)研究。中美日蘇等國家對可燃冰的開發(fā)比較注重。早在2002年日本就同加拿大合作對北極地區(qū)的可燃冰進(jìn)行現(xiàn)代化測試。十年后的美國也對可燃冰進(jìn)行置換實(shí)驗(yàn)。但是由于設(shè)備問題，即使實(shí)驗(yàn)取得了成功。也被迫停止生產(chǎn)。13年日本在海上通過分解可燃冰開采天然氣。將二氧化碳注入可燃冰中進(jìn)行減壓。對解壓后分離出來的甲烷天然氣進(jìn)行開采。這個實(shí)驗(yàn)也取得了成功。但是由于開采設(shè)備出現(xiàn)問題，實(shí)驗(yàn)不得不被迫以失敗告終。五年之后日本同樣由于出沙問題不得不中斷了從近海海底埋藏的可燃冰中提取甲烷的實(shí)驗(yàn)。日本失敗之后我國緊隨其后。我們都知道我國的南海礦產(chǎn)資源豐富?？扇急鶕碛辛看蠹兌雀?。這為我國開采可燃冰資源提供了有利的條件。17年我國成功在南海開采可燃冰近兩個月。在南海開采的天然氣量達(dá)到30萬立方米。取得如此大的成果，不僅在我國引起重大反響，對于世界都是一個驚喜。

3 海底可燃冰流動保障問題

3.1 可燃冰海底管線防凍堵及解堵問題

可燃冰的開采方式有很多，目前我國對可燃冰的主要開采方法是降壓采氣方式。井底溫度隨著井底壓力的降低而降低。氣體在井筒中流動能量會有損耗使得其溫度會再次降低。我們都知道水的溫度是隨著水的深度在不斷降低的。在深水環(huán)境中水的溫度一般在2～4攝氏度。從另一點(diǎn)來說，海水的流動會帶走海管的一部分熱量。這就可能會再次形成水合物。很容易使工程無功而返，得不償失。

3.2 可燃冰顆粒進(jìn)入井筒

水合物的產(chǎn)生是無法完全避免的。因?yàn)橐徊糠譃榉纸獾目扇急覀兌贾揽扇急话阋怨腆w的形式存在。即使它被開采也有可能以固體性質(zhì)存在。如果固體顆粒型是個可燃冰進(jìn)入井筒，就會再次形成水合物。你們所做的并不是完全避免水合物的形成。而是找到一個生產(chǎn)邊界，使這個生產(chǎn)邊界在水合物生成的同時，依然可以使可燃冰氣體安全輸送。

3.3 管道腐蝕問題

當(dāng)二氧化碳在流體中的分壓達(dá)到一定值時，就可能會腐蝕生產(chǎn)管材?？扇急鶜怏w中含有少量的二氧化碳?？扇急械亩趸己芸赡軐τ凸芤约昂５坠芫€造成腐蝕。那么有關(guān)系，海底管線遭到腐蝕就很可能會泄露。不僅是對能源的一種浪費(fèi)，而且也會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

3.4 井筒中段塞流

井筒中一般都會有積液現(xiàn)象的存在。井筒中的的段塞流就是氣流將該段中的積液舉升形成的。如果形成斷塞流就會導(dǎo)致流動阻力增大，那么必將有損油氣輸送的穩(wěn)定性。

4 可燃冰流動保障研究進(jìn)展

4.1 水合物生成研究

經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约袄碚擃A(yù)測模型是目前預(yù)測水合物生成的幾個模型。我們一般采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。因?yàn)樗挠嬎惴奖愫唵?。但它只能用于初步估算和某一特定研究，因?yàn)樗挠嬎憔炔桓?。理論預(yù)測模型計算精度較高，計算復(fù)雜是由于它建立在機(jī)理的基礎(chǔ)上。

4.2 可燃冰顆粒流動研究

目前，可燃冰開采過程主要是垂直流固兩相流，流體攜帶可燃冰顆粒流動。目前，這種流動模式主要是基于流體靜力學(xué)條件下固體顆粒的沉降模型，以及任意流體速度和固液密度差條件下固體顆粒在牛頓流體中最終速度的計算模型。附加質(zhì)量力、Basset力、Magnus力、Saffman力等忽略不計，只考慮重力、浮力和表面阻力是由于井筒中的流固流動一般屬于稀疏固體流動。變速運(yùn)動過程中的慣性力在顆粒速度末速模型中不予考慮。

4.3 段塞流研究

不論是分離器還是段塞流補(bǔ)集器都會隨大量的液體過段塞流進(jìn)入其中。因?yàn)檫@些液體具有高能量和高速流動的特點(diǎn)。所以斷塞輸送設(shè)施非常重要。如果這些設(shè)施發(fā)生損壞，后果將是極其嚴(yán)重的。從而降低產(chǎn)量，產(chǎn)生高回壓。

5 結(jié)語

為了能夠?qū)崿F(xiàn)從開采，井筒流動到管線技術(shù)的全過程數(shù)字化。我們可以搭建海底可燃冰流動保障的數(shù)字孿生生產(chǎn)系統(tǒng)。我們可以不斷提高產(chǎn)品的創(chuàng)新水平。用創(chuàng)新技術(shù)帶動可燃冰生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化和生產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化。努力提高生產(chǎn)效率，不斷優(yōu)化設(shè)備維護(hù)的方式，以此來提高海底生產(chǎn)系統(tǒng)的整體壽命，以實(shí)現(xiàn)可燃冰開采的安全性和可靠性。

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