油相中悬浮水滴表面气体水合物形成过程的研究方法技术

本发明专利技术提供了一种油相中悬浮水滴表面气体水合物形成过程的研究方法。该方法在一个带有视窗的高压反应釜内进行，高压反应釜设置有水滴悬挂管和数据采集设备，该方法包括以下步骤：向高压反应釜内依次加入水或水溶液、油作为水相、油相；高压反应釜的温度调至实验温度；油相中通入气体作为气相；通过水滴控制设备，使气体水合物从接触点开始沿悬浮水滴表面生长直到覆盖整个水滴，即形成油相中悬浮水滴表面气体水合物；采集并存储实验过程中温度、压力和图像等数据，对油相中悬浮水滴表面气体水合物的形成过程进行研究。本发明专利技术所提供的方法简单易行，在拓宽研究领域，革新研究思路等方面具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种。该方法在一个带有视窗的高压反应釜内进行，高压反应釜设置有水滴悬挂管和数据采集设备，该方法包括以下步骤：向高压反应釜内依次加入水或水溶液、油作为水相、油相；高压反应釜的温度调至实验温度；油相中通入气体作为气相；通过水滴控制设备，使气体水合物从接触点开始沿悬浮水滴表面生长直到覆盖整个水滴，即形成油相中悬浮水滴表面气体水合物；采集并存储实验过程中温度、压力和图像等数据，对油相中悬浮水滴表面气体水合物的形成过程进行研究。本专利技术所提供的方法简单易行，在拓宽研究领域，革新研究思路等方面具有重要意义。【专利说明】
本专利技术涉及一种气体水合物形成过程的研究方法，尤其涉及一种，属于油气运输
。
技术介绍
气体水合物是一种较为特殊的笼型化合物，即主体分子(水分子)间以氢键相互结合形成笼形孔隙，将客体分子(ch4、C2H6和C3H8、N2, CO2等)包络在其中，所形成的非化学计量的固态晶状化合物。晶格中每个笼形孔隙一般最多只能容纳一个客体分子，客体分子与主体分子间以范德华力相互作用，现已发现并有所研究的气体水合物构型有三种，即结构I型、结构II型和结构H型。在海底石油天然气开采和运输过程中，输送管道中常会遇到油-水两相流动或油-气-水三相流动，当达到气体水合物形成的温度和压力条件后，气体水合物会在管道内形成、聚积，进而堵塞管道、阀门等，威胁油气运输安全，造成天然气/原油生产公司的减产或停产。其中，油-气-水多相混输管道内气体水合物的堵塞问题一直是油气生产和运输部门关注的焦点。在油气管道运输过程中，天然气大量溶于油相，管道内混有的水在油气流动过程中逐渐被分散、乳化，形成单个水滴悬浮于油相，在适宜条件下，就会形成气体水合物，最初，气体水合物在管道内的形成发生在这些水滴表面，因此对油相中悬浮水滴表面气体水合物的形成过程的理解和研究是开发新型油气运输技术的基础。国内外研究者已经开发出先进的研究油包水乳液体系形成气体水合物过程的方法和装置，但对于油相中单个液滴表面气体水合物的形成过程尚无有效的研究方法。虽然，研究气泡表面、气相中水滴表面气体水合物形成的方法和装置已经出现，但现有这些方法都不能用于研究油相中悬浮水滴表面气体水合物的形成过程。中国专利(专利号:ZL200820054863.7)公开了一种悬垂水滴气体水合物形成研究装置，该装置研究的是暴露于气相的液滴即在气液界面形成气体水合物的过程，但是对于油相中悬浮水滴表面的气体水合物的形成过程难以进行研究。综上所述，专利技术研究油相中悬浮水滴表面的气体水合物形成过程的思路和方法，是本领域亟待解决的问题之一。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种，该方法设计简单，对装置配制要求不高，易于实现。为了达到上述目的，本专利技术首先提供了一种，该方法在一个带有视窗的高压反应釜内进行，高压反应釜设置有水滴悬挂管和数据采集设备，该方法包括以下步骤:步骤一:向高压反应釜内加入水或水溶液作为水相，然后根据水面位置向高压反应釜内加入油，作为油相；上述水溶液为对气体水合物生长起促进或抑制作用的水溶液，如可改变气体水合物形成热力学条件的NaCl溶液、对气体水合物生长过程起促进作用的SDS溶液、对气体水合物生长过程起阻碍作用的可溶性动力学抑制剂PVP溶液等。步骤二:将高压反应釜的温度调至实验温度；步骤三:向油相中通入气体，作为气相，并维持高压反应釜内的压力；步骤四:使水滴悬挂管前端悬挂一个水滴，并使所述水滴完全悬浮于油相，待高压反应釜内压力不变，继续等待直到油相与高压反应釜底部水相的界面上形成一层气体水合物层；增大水滴悬挂管前端悬挂水滴的尺寸，使之前端与油相和高压反应釜底部水相界面预先形成的气体水合物层发生点接触，使气体水合物从接触点开始沿悬浮的水滴表面生长直到覆盖整个水滴，形成油相中悬浮水滴表面气体水合物；步骤五:采用数据采集设备，采集并存储实验过程中的温度、压力和图像等数据，根据存储图像，测量记录图像中气体水合物的表面前沿的位置随时间的变化(μ m/s)，得到不同平衡压力条件下油相中悬浮水滴表面气体水合物的生长动力学数据，即对油相中悬浮水滴表面气体水合物的生长过程进行研究。在本专利技术的中，采集并存储的数据包括高压反应釜内部温度和压力以及气体水合物膜横向生长过程中某时刻的图像等；得到的生长动力学数据包括气体水合物膜横向生长速率、气体水合物膜厚度及气体水合物膜形态等。在本专利技术的中，实验原料的用量和实验参数按照具体实验需要确定。在上述研究方法的步骤一中，所述水相的水面距水滴悬挂管的距离小于一个水滴的长度，距离一般约为3-5mm ;所述油相的高度高于水滴悬挂管的管口，油层高度大于一个水滴的长度，一般高约3-5mm。在上述研究方法的步骤四中，高压反应釜内压力不变说明气体在油相溶解达到饱和，一般压力持续不变约为24h即可。在上述研究方法中，所述实验温度指釜内温度，主要是通过外界空气浴调节，实验温度一般为油气输送管道所处环境的温度(_20°C至20°C)，具体环境温度可根据具体需求选取。在上述研究方法中，高压反应釜内压力是通过充入气体维持的，压力高于实验温度下气体水合物的平衡压力，否则气体水合物无法形成，气体水合物形成的温度和压力的关系可依据Chen-Guo热力学模型计算。在本专利技术的中，优选地，所采用的油为不能形成气体水合物的透明油类或能形成气体水合物但不溶于水的液态客体。在本专利技术的中，优选地，所采用的透明油类包括辛烷、汽油或柴油等。在本专利技术的中，优选地，所采用的液态客体包括环戊烷、环己烷、甲基己烷或二甲基丁烷等。在本专利技术的中，优选地，所采用的气体为易溶于油相的气体；更优选地，所采用的气体为低碳烃类气体。在本专利技术的中，优选地，所采用的低碳烃类气体包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯和/或丙烯等。本专利技术还提供了一种用于上述研究方法的装置，其包括，高压反应釜、水滴控制设备、进油设备、供气设备、温度控制设备和数据采集设备，其中，所述高压反应釜设置有视窗；所述水滴控制设备包括水滴悬挂管、第一高压垂直二通阀和高压釜；所述进油设备包括储油罐、第二高压垂直二通阀、第三高压垂直二通阀和手动计量泵；所述供气设备包括高压气瓶、储气罐、第四高压垂直二通阀和第五高压垂直二通阀；所述数据采集设备包括安装在所述高压反应釜上的温度传感器和压力传感器、置于所述视窗外的带CCD相机的显微镜以及计算机；所述高压反应釜内顶部悬挂有所述水滴悬挂管，水滴悬挂管依次与高压反应釜外部的第一高压垂直二通阀和竖直放置的高压釜底部连通；所述竖直放置的高压釜的顶部通过第六高压垂直二通阀与高压气瓶、第五高压垂直二通阀的一端形成三通路；所述第五高压垂直二通阀的另一端依次与储气罐、第四高压垂直二通阀和所述高压反应釜底部的进气口连通；所述第二高压垂直二通阀的一端与所述高压反应釜连通，第二高压垂直二通阀的另一端依次与储油罐、第三高压垂直二通阀和手动计量泵连通。在本专利技术所提供的装置中，所述温度传感器和压力传感器是用来测定温度和压力的。在本专利技术所提供的装置中，所述水滴悬挂管的位置要保证使形成的水滴完全悬浮于油相中。在本专利技术所提供的装置中，温度控制设备控制高压反应釜、储油罐和储气罐的温度。在本专利技术所提供的装置中，优选地，视窗内表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油相中悬浮水滴表面气体水合物形成过程的研究方法，该方法采用带有视窗的高压反应釜进行，该高压反应釜设置有水滴悬挂管和数据采集设备，该方法包括以下步骤：步骤一：向高压反应釜内加入水或水溶液作为水相，然后向高压反应釜内加入油作为油相；步骤二：将高压反应釜的温度调至实验温度；步骤三：向油相中通入气体，作为气相，并维持高压反应釜内的压力；步骤四：使水滴悬挂管前端悬挂一个水滴，并使水滴完全悬浮于油相中，待高压反应釜内压力不变之后，继续等待直到油相与高压反应釜底部水相的界面上形成一层气体水合物层；增大水滴悬挂管前端悬挂水滴的尺寸，使之前端与油相和水相界面预先形成的气体水合物层发生点接触，使气体水合物从接触点开始沿悬浮的水滴表面生长直到覆盖整个水滴，形成油相中悬浮水滴表面气体水合物；步骤五：采用数据采集设备，采集并存储实验过程中的温度、压力和图像数据，根据存储图像，测量记录图像中气体水合物的表面前沿的位置随时间的变化，得到不同平衡压力条件下油相中悬浮水滴表面气体水合物的生长动力学数据，对油相中悬浮水滴表面气体水合物的生长过程进行研究。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长宇，陈光进，李胜利，刘蓓，杨兰英，李志云，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：