蘭文萍 林德才 黃芳飛 史博會(huì) 陳玉川 吳海浩 宮敬

摘? ? ? 要：利用高壓反應(yīng)釜裝置，在不同初始?jí)毫?、砂粒粒徑等條件下進(jìn)行甲烷水合物的生成與分解實(shí)驗(yàn)，研究細(xì)質(zhì)砂粒固相顆粒對(duì)甲烷水合物成核誘導(dǎo)時(shí)間、生成和分解等的影響規(guī)律。結(jié)果表明：砂粒能夠促進(jìn)甲烷水合物生長(zhǎng)，體系初始?jí)毫υ礁?，水合物生成速率越?體系初始?jí)毫?.2 MPa、砂粒粒徑為2 000目（6.5 μm）時(shí)，水合物生成過程最穩(wěn)定，且水合物生成量最多;在分解過程中，純水體系和含砂體系的分解速率相當(dāng)，只存在氣體釋放量的差異。進(jìn)而得出結(jié)論：砂粒固體顆粒的存在會(huì)促進(jìn)水合物生成，所以在水合物開采過程中，若工況滿足水合物生成條件，水合物二次生成會(huì)更易發(fā)生，使得礦藏砂粒、水合物、天然氣、海水在管道內(nèi)的多相混輸堵塞風(fēng)險(xiǎn)增加;含砂條件對(duì)水合物分解的影響作用不大，礦砂在水合物分解過程中對(duì)流動(dòng)安全的影響有待深入研究。該研究成果為解決深水淺層水合物開采過程中的流動(dòng)安全保障問題，提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

關(guān)? 鍵? 詞：天然氣水合物;生成;分解;流動(dòng)保障;多相流

中圖分類號(hào)：TQ022.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2020）09-1839-08

Abstract： The formation and decomposition of methane hydrate under different initial pressures and sand grain sizes were carried out using a high pressure reactor. The influence of fine sand on hydrate induction time， formation and decomposition was investigated. The results showed that the growth of methane hydrate was improved in the presence of sand. the higher the initial pressure of the system， the higher the hydrate formation rate. Under the initial pressure of 7.2 MPa and the sand size of 2 000-mesh， the hydrate formation process was the most stable and the amount of formed hydrates was the most. The decomposition rates of methane hydrate under conditions with or without sand were almost the same， only the mounts of gas decomposed from hydrate were different. The existence of sand particles can promote the formation rate of hydrate， hydrate secondary formation will easily occur during the process of solid fluidization of gas hydrate reserve under the working conditions in the zone of hydrate formation， which makes the risk of plugging increase in multi-phase transportation of sand， hydrate， natural gas， seawater and drilling fluid. Sand has no big influence on decomposition rate of methane hydrate， and further study on the effect of sand on flow assurance during hydrate decomposition process should be done in the future. The results of this study can provide an important theoretical basis and technical support for solving the problem of flow assurance in the process of solid fluidization of deep-water shallow gas hydrate reserve.

Key words： Hydrate; Formation; Decomposition; Flow assurance; Multiphase flow; Hydrate plugging

從20世紀(jì)60年代開始，有大量的天然氣水合物在海底沉積物和永久凍土帶中被發(fā)現(xiàn)[1-6]，俗稱可燃冰。天然氣水合物是一種類冰晶物質(zhì)，是由水與甲烷等小分子氣體形成的非化學(xué)計(jì)量性籠狀晶體，故又被稱作籠形水合物[1-2]。天然氣水合物是繼頁巖氣、煤層氣之后，儲(chǔ)量最為巨大的接替能源之一，其資源量為已知含碳化石燃料總和的2倍[3]。但是，想要實(shí)現(xiàn)天然氣水合物礦藏的商業(yè)開采，選取何種開采方式是諸多需要解決的基礎(chǔ)科學(xué)問題的關(guān)鍵之一。開采可燃冰礦藏技術(shù)[4]包括降壓、熱激法、注入化學(xué)藥劑、CO2-CH4置換及多法聯(lián)用、固態(tài)流化開采[5-8]等技術(shù)。在海底高壓低溫的條件下，在近海底位置誘發(fā)分解的水合物容易再次生成，存在發(fā)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，開展流動(dòng)體系下固相砂粒對(duì)水合物生成與分解的影響研究，是制定保障其開采過程管路系統(tǒng)內(nèi)的水合物流動(dòng)安全的關(guān)鍵。

不論是為了實(shí)現(xiàn)可燃冰能源的商業(yè)化開發(fā)，還是油氣開發(fā)領(lǐng)域中為了避免水合物生成引起的流動(dòng)安全問題，或是基于水合物法儲(chǔ)氫、分離混合物氣體、捕集CO2等工業(yè)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)，自20個(gè)世紀(jì)80年代至今，研究者針對(duì)水合物生成[10-12]、分解[13-14]的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)開展了大量的工作。據(jù)YIN[12]等對(duì)于水合物生成動(dòng)力學(xué)研究的總結(jié)，可知單純考慮本征動(dòng)力學(xué)、傳質(zhì)與傳熱，而不考慮水合物生成體系的特殊性（包括流動(dòng)特性、多孔介質(zhì)屬性等）所建立的水合物生成動(dòng)力學(xué)模型，均存在工業(yè)應(yīng)用的適用性問題，亟待針對(duì)具體的工業(yè)應(yīng)用需求開展大量的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，以提供足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，服務(wù)于具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的水合物生成機(jī)理的揭示和模型的建立。YIN[13]等還對(duì)水合物分解動(dòng)力學(xué)研究開展了系統(tǒng)的總結(jié)，提出未來可以通過深入基礎(chǔ)理論研究以揭示實(shí)驗(yàn)不可觀察的水合物分解的更多機(jī)制，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下，來獲得更加準(zhǔn)確的水合物分解特性的預(yù)測(cè);另一方面則可以通過不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，通過更多可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與有效的回歸擬合，來驗(yàn)證目前所建立的各種動(dòng)力學(xué)模型。

水合物所攜帶的砂粒主要來自海底沉積巖，沉積顆粒的粒度直接決定了沉積層分類、孔隙大小、孔隙水的性質(zhì)。受沉積層粒度特性的影響，天然氣水合物在地溫梯度和壓力限定的熱力學(xué)穩(wěn)定帶內(nèi)并非均勻分布，而表現(xiàn)出高度的非均質(zhì)性[15]。據(jù)WANG[16]等指出我國(guó)南海神狐海域水合物礦藏中小于44 μm的微小砂粒，會(huì)隨水合物開發(fā)一起流到管路系統(tǒng)中。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 14684—2001[17]可知，小于44 μm的微小砂粒主要是粗粉砂、細(xì)粉砂和黏土等。盡管國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開展了大量多孔介質(zhì)水合物生成、分解的規(guī)律研究，但是對(duì)于小于44 μm砂粒影響的流動(dòng)體系的水合物生成與分解研究較少。

為此，本文應(yīng)用具有攪拌裝置的反應(yīng)釜，開展含砂體系甲烷水合物生成與分解實(shí)驗(yàn)研究，探究了初始?jí)毫?、砂粒大小等因素?duì)含砂體系甲烷水合物生成與分解的影響規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)解決深水淺層水合物開采過程中的流動(dòng)安全保障問題，提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 材料

砂子主要成分是二氧化硅（SiO2），二氧化硅的密度是2.65 g·cm-3。砂子由礦物和微小的巖石碎片組成。國(guó)標(biāo)GB/T 14684—2001[17] 用3種方法進(jìn)行砂石分類，具體如下。

1）按產(chǎn)源分為天然砂、人工砂兩類。天然砂包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂;人工砂包括機(jī)制砂、混合砂。

2）按細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)3種規(guī)格。粗砂細(xì)度模數(shù)3.7～3.1;中砂細(xì)度模數(shù)3.0～2.3;細(xì)砂細(xì)度模數(shù)2.2～1.6。

3）按技術(shù)要求分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。

水合物所攜砂石種類為天然海砂，主要按粒度大小分類，如表1 所示。

本實(shí)驗(yàn)選用了粒徑為1 500目（10 μm）、2 000目（6.5 μm）、5 000目（2.6 μm）的二氧化硅顆粒（簡(jiǎn)稱砂粒），由新沂市高流鎮(zhèn)明亮石英砂廠提供。其他實(shí)驗(yàn)介質(zhì)還包括純甲烷（由河南鑫盛源化工有限公司提供，組分如表2所示）以及去離子水。

1.2? 方案

在制備水合物漿液時(shí)，實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件為測(cè)試溫度3 ℃，去離子水300 mL，攪拌轉(zhuǎn)速800 r·min-1。具體實(shí)驗(yàn)條件如下。

1）含砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0、1.6%（5 g砂）。

2）砂粒粒徑：1 500目（10 μm）、2 000目? ? ?（6.5 μm）和5 000目（2.6 μm）。

3）初始?jí)毫Γ?.4、7.2、8.0? MPa。

1.3? 裝置

多相混合物制備系統(tǒng)主要由供氣裝置、控溫水浴、高壓反應(yīng)釜和數(shù)據(jù)采集模塊4部分組成（見圖1）。

供氣裝置主要包括甲烷氣瓶、增壓泵等，為實(shí)驗(yàn)提供所需的原料氣和壓力條件;高壓反應(yīng)釜設(shè)計(jì)容積為500 mL，釜內(nèi)裝有溫度傳感器和壓力傳感器，最高工作壓力為50 MPa，反應(yīng)釜上的攪拌裝置轉(zhuǎn)速最高可達(dá)2 800 r·min-1;釜內(nèi)溫度由水浴控制，由于攪拌生熱及冷量傳導(dǎo)和環(huán)境溫度的影響，釜內(nèi)溫度通常比水浴溫度高（1～4 ℃），水浴裝置精度為±0.1 ℃;數(shù)采系統(tǒng)每10 s自動(dòng)采集一次溫度和壓力數(shù)據(jù)[18]。

1.4? 步驟

實(shí)驗(yàn)前先稱取5 g石英砂粉放入燒杯中，加入100 mL去離子水混合并充分?jǐn)嚢柚辽傲Ｍ耆柡?清洗儀器，檢查裝置以及閥門的啟閉情況后將105 g混合介質(zhì)倒入釜中，再以每次50 mL向釜內(nèi)倒入去離子水，一共4次，確保砂粒全部沖入，此時(shí)釜內(nèi)介質(zhì)為300 mL去離子水和5 g石英砂粉末（開展無砂?？瞻讓?shí)驗(yàn)時(shí)，則直接加入300 mL去離子水）;向釜內(nèi)反復(fù)充入甲烷氣體并泄放，每次充至氣壓為1.0 MPa，第三次充入后維持5 min，做氣密性檢驗(yàn);將水浴溫度設(shè)為20 ℃（初始溫度）并打開攪拌槳，使釜內(nèi)介質(zhì)充分混合并達(dá)到初始條件;待溫度達(dá)到20 ℃時(shí)關(guān)閉攪拌槳并充入甲烷氣體至略高于初始?jí)毫?，維持30 min左右，保證氣體充分溶解，此時(shí)壓力達(dá)到初始條件，然后將水浴溫度設(shè)為3 ℃，重新打開攪拌槳進(jìn)入水合物生成階段。待溫度降至3 ℃后，壓力出現(xiàn)明顯降低，且穩(wěn)定3 h左右，認(rèn)為水合物生成完成;隨后將水浴溫度升至20 ℃，待釜內(nèi)溫度升至20 ℃、壓力恢復(fù)并穩(wěn)定1 h左右，認(rèn)為水合物分解結(jié)束。每組實(shí)驗(yàn)設(shè)3組平行實(shí)驗(yàn)。改變壓力和砂粒粒徑，進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后，將數(shù)采系統(tǒng)采集到的溫度、壓力數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并進(jìn)一步計(jì)算得到水合物的體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)[19]。

2? 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)條件及部分結(jié)果如表3所示，每組實(shí)驗(yàn)均設(shè)3組平行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出后只對(duì)達(dá)到初始條件后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

由表3可知，實(shí)驗(yàn)條件為初始?jí)毫?.2 MPa、砂粒粒徑為2 000目（6.5 μm）時(shí)，生成的水合物體積分?jǐn)?shù)最大，在總體積相同的條件下，即生成的水合物量最多。實(shí)驗(yàn)水合物的生成量通過氣體消耗量計(jì)算，計(jì)算條件中，反應(yīng)釜的總體積、液體體積和釜內(nèi)溫度、壓力是已知的，本實(shí)驗(yàn)水合物生成體積分?jǐn)?shù)的確定，取決于實(shí)驗(yàn)體系壓力和溫度的變化。

對(duì)應(yīng)表3中的12組實(shí)驗(yàn)條件，將各組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、水合物誘導(dǎo)時(shí)間、水合物快速生成時(shí)間、最大水合物生成速率、最大水合物體積分?jǐn)?shù)整理列于表4。由表4可知，除第11組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外，其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)水合物誘導(dǎo)時(shí)間與壓力成反比關(guān)系，初始?jí)毫υ礁撸T導(dǎo)時(shí)間越短;初始?jí)毫υ酱螅焖偕L(zhǎng)階段的時(shí)間越短，生長(zhǎng)速率越快;含砂體系較純水體系誘導(dǎo)時(shí)間增加，但快速生長(zhǎng)階段時(shí)間更短;當(dāng)壓力達(dá)到8.0 MPa時(shí)，水合物快速生長(zhǎng)時(shí)間均保持在1 h以內(nèi)，水合物快速生長(zhǎng)階段僅生長(zhǎng)速率受初始?jí)毫τ绊?最大水合物體積分?jǐn)?shù)隨初始?jí)毫蜕傲Ａ降囊?guī)律不明顯。

2.1? 純水體系下甲烷水合物的生成情況

圖2和圖3給出了純水體系下水合物形成過程中的釜內(nèi)壓力、溫度變化趨勢(shì)，水合物反應(yīng)過程保持在4～6 h。

在初始?jí)毫Σ煌那闆r下，釜內(nèi)壓力的變化趨勢(shì)大致相同：先逐漸降低，然后急劇下降，再緩慢下降，最后趨于平穩(wěn);溫度均從20 ℃開始下降，由于放熱反應(yīng)，快速的水合物生長(zhǎng)導(dǎo)致急劇的溫度升高，曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)（溫度上升或下降減慢）后溫度逐漸趨于平穩(wěn)，但下降的變化曲線稍有不同，這主要取決于不同初始?jí)毫l件下水合物生成的速度及數(shù)量差異。由圖2可知，當(dāng)初始?jí)毫?.4、7.2 MPa時(shí)，溫度先是迅速下降，然后由于水合物的形成突然升高再逐漸下降;當(dāng)初始?jí)毫?.0 MPa時(shí)，雖然沒有出現(xiàn)明顯的溫度上升，但在0.6 h左右，溫度保持了一段時(shí)間再繼續(xù)下降，這與圖2中出現(xiàn)壓力明顯下降的時(shí)間點(diǎn)吻合，證明此時(shí)水合物開始形成，但由于水合物生成速度較快，溫度升高幅度較小。

與水合物反應(yīng)過程的溫度和壓力相對(duì)應(yīng)，每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以通過軟件Hyflow來計(jì)算生成的甲烷水合物所占的體積百分比。不同壓力條件下的水合物體積分?jǐn)?shù)對(duì)比如圖4所示。由圖4可知，水合物的形成過程是連續(xù)發(fā)生的，持續(xù)時(shí)間大約為3.5 h左右。其中在1.5 h內(nèi)水合物急劇形成，體積分?jǐn)?shù)迅速升高，之后體積分?jǐn)?shù)上升趨勢(shì)減緩，這表明水合物形成過程進(jìn)入了快速水化階段后的緩慢水化階段。一般而言，初始?jí)毫υ礁?，進(jìn)入水合物生成區(qū)所需的時(shí)間越短，水合物越早開始形成[16]，當(dāng)壓力為8.0 MPa時(shí)，由于水合物生成速度快，形成的水合物迅速包裹，抑制了水合物的進(jìn)一步生長(zhǎng)，所以最終生成的水合物量較初始?jí)毫?.2 MPa的略低。

2.2? 含砂體系下甲烷水合物的生成情況

圖5、圖6為5 000目（2.6 μm）含砂體系甲烷水合物的生成情況。當(dāng)體系含砂時(shí)，不同初始?jí)毫l件下的壓力、溫度變化情況較純水體系更加規(guī)律，各組變化趨勢(shì)大致相同：隨著溫度下降和氣體的進(jìn)一步溶解，體系壓力逐漸下降，進(jìn)入水合物生成區(qū)后，壓力在0.5 h內(nèi)急劇下降，快速水合階段較純水體系的時(shí)間縮短1 h左右。分析主要原因可能是砂粒的存在為水合物提供了殼體依附，使得水合物在短時(shí)間內(nèi)迅速形成;含砂體系中水合物形成過程的溫度變化規(guī)律比較明顯，由于水浴溫度傳導(dǎo)，溫度迅速下降至條件溫度，水合物形成放熱，體系溫度升高，水合物生成速率放緩后，體系溫度逐漸降低并趨于穩(wěn)定。

如圖7所示，體系含砂后，水合物的生成與初始?jí)毫χg的規(guī)律不明顯，初始?jí)毫?.4 MPa時(shí)，水合物生成誘導(dǎo)期最長(zhǎng)，但水合物生成的整個(gè)過程比較穩(wěn)定，曲線相對(duì)其他壓力更平滑，即生成過程中波動(dòng)較小。而當(dāng)初始?jí)毫?.0 MPa時(shí)，水合物生成誘導(dǎo)期最短，水合物急劇形成的時(shí)間也較短，但進(jìn)入平緩階段后的2 h內(nèi)生成情況依舊不穩(wěn)定，且生成的量較少。當(dāng)初始?jí)毫?.2 MPa時(shí)，水合物誘導(dǎo)期大約為2 h，水合物快速生長(zhǎng)的時(shí)間約為1 h，水合物生成過程穩(wěn)定。

2.3? 不同粒徑含砂體系與純水體系水合物生成情況對(duì)比

圖8、圖9、圖10為不同粒徑含砂體系甲烷水合物與純水體系的生成情況。由圖8可知，在初始?jí)毫l件為6.4 MPa時(shí)，含砂體系水合物誘導(dǎo)時(shí)間增加，比純水體系大約晚1 h左右進(jìn)入水合物生成區(qū)，但水合物快速生長(zhǎng)階段只維持了0.5 h左右，生成的水合物體積分?jǐn)?shù)比純水體系大，表明砂粒在一定程度上能夠抑制水合物生成誘導(dǎo)期，但是又能加速水合物生長(zhǎng)速率。

如圖9所示，在初始?jí)毫?.2 MPa條件下，4組實(shí)驗(yàn)的水合物體積隨時(shí)間的變化趨勢(shì)大致相同，但誘導(dǎo)時(shí)間差距較大，純水體系誘導(dǎo)時(shí)間最短，粒徑1 500目（10 μm）的誘導(dǎo)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4 h，且生成的水合物量最小;粒徑2 000目（6.5 μm）的水合物生成體積分?jǐn)?shù)最大，且最快達(dá)到平衡。

如圖10 所示，當(dāng)初始?jí)毫l件為8.0 MPa時(shí)，純水體系水合物生成過程不如含砂體系穩(wěn)定，這是由于水合物結(jié)塊后形態(tài)不穩(wěn)定，攪拌槳的轉(zhuǎn)動(dòng)引起水合物松散脫落，部分水合物分解。在此壓力條件下砂粒粒徑為1 500目（10 μm）時(shí)，水合物誘導(dǎo)時(shí)間最短;粒徑5 000目（2.6 μm）誘導(dǎo)時(shí)間最長(zhǎng);粒徑2 000目（6.5 μm）的水合物生成過程最為穩(wěn)定。

通過上述分析，水合物在含砂條件下的生成速率與純水體系存在較大差異，但總的來看，含砂體系水合物生成更為穩(wěn)定、規(guī)律，尤其是粒徑2 000目（6.5 μm）組。各組實(shí)驗(yàn)條件下的水合物生成速率如圖11、圖12、圖13 所示。由圖11可知，當(dāng)初始?jí)毫l件為6.4 MPa時(shí)，含砂體系1 500目（10 μm）和5 000目（2.6 μm）、純水體系存在較為明顯的水合物生成速率峰值，其中當(dāng)砂粒粒徑為1 500目（10 μm）時(shí)，水合物生成速率最大，這也說明在此組實(shí)驗(yàn)條件下，砂粒能夠促進(jìn)水合物生長(zhǎng)的速率;而粒徑為2 000目（6.5 μm）時(shí)，水合物生成速率波動(dòng)較小，也就是說該組水合物生成情況較為穩(wěn)定。

除2 000目（6.5 μm）組（無明顯水合物生成速率峰值）以外，由圖12可知，在7.2 MPa初始?jí)毫l件下，純水體系誘導(dǎo)期最短，但水合物生成速率峰值最小，即水合物快速生長(zhǎng)階段的水合物生成速率最慢;粒徑1 500目（10 μm）的體系誘導(dǎo)期時(shí)間最長(zhǎng)，但水合物變化率峰值最大，水合物生成的速率最快;粒徑5 000目（2.6 μm）條件則居于兩者之間。這與初始?jí)毫l件為6.4 MPa的結(jié)果相符。

由圖13 可知，在8.0 MPa初始?jí)毫l件下，水合物生長(zhǎng)速率與其他初始?jí)毫l件的結(jié)果有很大差異，粒徑5 000目（2.6 μm）條件下，水合物生成速率最大，粒徑1 500目（10 μm）條件的水合物生成速率最小，而純水體系和2 000目（6.5 μm）組的水合物生成速率相當(dāng)，居于前兩者之間。這說明砂粒對(duì)水合物生長(zhǎng)速率的促進(jìn)作用受初始?jí)毫Φ挠绊?，初始?jí)毫Σ煌龠M(jìn)作用不同，促進(jìn)作用與砂粒粒徑之間的影響規(guī)律也不同。

2.4? 純水體系與含砂體系下水合物的分解規(guī)律

本研究采用加熱法進(jìn)行含砂體系水合物的分解，綜合上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示和分析，選取8.0 MPa初始?jí)毫l件含砂體系和純水體系的水合物分解情況做進(jìn)一步研究。

如圖14、15 所示，當(dāng)體系初始?jí)毫?.0 MPa時(shí)，隨著溫度逐漸上升，氣體不斷釋放，體系壓力不斷升高，整個(gè)分解過程維持1 h左右，迅速分解過程僅維持了0.2 h左右。

圖15 中溫度在0.3 h左右出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，這與圖14中壓力升高結(jié)束和圖16中的氣體釋放結(jié)束點(diǎn)相符合，水合物分解階段大量吸熱，體系通過水浴換熱吸熱;水合物分解完成后，水浴帶來的熱量?jī)H用于體系溫升，故溫度升高速率大于分解階段。

隨著溫度升高，水合物開始分解，氣體不斷釋放。由圖16可知，含砂體系和純水體系的氣體釋放規(guī)律大致相同：氣體釋放量在0.2 h內(nèi)達(dá)到峰值后再趨于平穩(wěn)，3組數(shù)據(jù)主要存在量的差異，這與形成的水合物量相對(duì)應(yīng)。

3? 結(jié) 論

基于高壓水合物反應(yīng)釜實(shí)驗(yàn)，本文通過改變初始?jí)毫蜕傲Ａ降葪l件進(jìn)行了12組實(shí)驗(yàn)（每組另設(shè)3組平行實(shí)驗(yàn)），探究了砂粒對(duì)天然氣水合物生成及分解的影響規(guī)律，通過含砂體系和純水體系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比，得到以下結(jié)論。

1）砂粒固體顆粒的存在會(huì)促進(jìn)水合物的快速生長(zhǎng)，同等壓力條件下含砂體系水合物的生成速率明顯高于純水體系。

2）6.4 MPa初始?jí)毫l件下，不同體系生成水合物體積分?jǐn)?shù)由大到小依次為5 000目（2.6 μm）、1 500目（10 μm）、純水體系、2 000目（6.5 μm）。

3）實(shí)驗(yàn)條件為初始?jí)毫?.2 MPa、砂粒粒徑為2 000目（6.5 μm）時(shí)，生成的水合物體積分?jǐn)?shù)最大，在總體積相同的條件下，即生成的水合物量最多。

4）當(dāng)砂粒粒徑相同時(shí)，壓力越高，水合物誘導(dǎo)時(shí)間越短，水合物生成越快，生成量越大。

5）初始?jí)毫υ酱?，快速生長(zhǎng)階段的時(shí)間越短，生長(zhǎng)速率越快。

6）含砂體系較純水體系誘導(dǎo)時(shí)間增加，但快速生長(zhǎng)階段時(shí)間更短;當(dāng)壓力達(dá)到8.0 MPa時(shí)，水合物快速生長(zhǎng)時(shí)間均保持在0.3 h左右，僅生長(zhǎng)速率受初始?jí)毫τ绊憽?/p>

7）水合物分解過程中，含砂體系和純水體系的分解規(guī)律大致相同，氣體釋放量因水合物生成量不同而不同。

綜上，砂粒固體顆粒的存在會(huì)抑制水合物誘導(dǎo)，但是能促進(jìn)水合物的生長(zhǎng)速率，如水合物在含砂體系中突破誘導(dǎo)期之后的快速生長(zhǎng)，易于使得水合物分解后在記憶效用的作用下，當(dāng)水合物生成條件滿足后，增加二次快速生成的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于混輸管道而言，為了確?；燧敼艿赖妮斔桶踩?，應(yīng)及時(shí)清理管道內(nèi)存在的鉆井砂屑等固體雜質(zhì)，建立清潔安全的天然氣水合物開發(fā)方式[20]。本文開展的含砂條件下的加熱分解甲烷水合物規(guī)律與純水體系相差不大，未來仍需開展不同方式的水合物分解實(shí)驗(yàn)研究。

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