雖然需要特定的流速、含水率、氣液比等具體因素條件,但油氣管道中由于低溫高壓環境極易形成水合物。因此,水合物堵塞是水合物漿液管道輸送技術的一大關注點。為了進一步考察這些過程背后的潛在機理,本文列舉并分析了集輸管道中主的富液體系,包括油基、水基和部分分散體系(PD體系)中水合物堵塞機理的重要研究工作。此外,總結了流體流量和含水率對水合物堵塞風險的影響,并進行了討論。一般來說,流速通過影響沉積趨勢和流態的特性,參與堵塞風險的調節。增加含水率能夠在一定程度上促進水合物的生長,改變油水的分散程度,因此導致從完全分散的體系過渡到堵塞風險較高的PD體系。應結合含水差異和水合物顆粒微觀特征,深入研究油基體系水合物堵塞機理多樣性的原因。目前,越來越需要擴大水合物堵塞形成預測模型的應用,以確保水合物漿液混合輸送技術能夠更成熟地應用于天然氣工業輸送領域。
天然氣水合物是天然氣由油藏安全穩定地輸送到各氣體加工場過程中的嚴重流動阻礙,一旦水合物堵塞管道造成停運,會造成大量的經濟損失和其他難以處理的后果。因此,使天然氣能夠安全地在油氣管道中流動,不受天然氣水合物的影響而發生堵管是天然氣工業界乃至整個科研領域的重要研究課題,通過探究流動環路狀態下氣體水合物生成的動力學特性和流動特征用以模擬海底環境下輸送天然氣管流具有可行性和重要的現實意義。
水合物流動體系按主要輸送介質分為富液系統和富氣系統。根據液相含水率和氣液流速,富液系統可進一步分為油基、水基和部分分散系統(PD系統)。富液系統的管道堵塞受溫度、壓力、含水率、油相類型、氣液比、添加劑等多種因素的影響,這一些因素會影響水相或油水乳狀液中水合物的聚集和沉積、漿液的粘度、誘導時間和最終產量,因此導致不同的管道堵塞機理和堵塞風險。進一步探索各種各樣的因素對水合物漿液流動和堵塞特性的影響,能大大的提升實際管道輸送領域的堵塞防治水平。
本文結合各個國家和機構的水合物環路實驗裝置的研究成果,根據富液系統中水合物堵塞過程的研究和各種各樣的因素對水合物漿液流動和堵塞特性影響的研究結論,總結了富液系統中水合物管道堵塞的機理,深入探討了含水率和流量對水合物漿管堵塞風險的影響趨勢,以期為天然氣工業安全輸送領域和水合物堵塞風險控制體系提供一定的理論支持。
油基體系中水合物的聚集、著床沉積和壁面黏附都是水合物堵管的重要原因。水基體系中水合物生長速率較低, 堵管風險最低.其堵管機理取決于乳化狀態和油水分散,主要為水合物顆粒的著床沉積。部分分散體系中的水合物堵塞機理為水合物的膜生長和黏壁機理,具體主要根據流體與壁面間的溫差和體相內的氣體溶解度,而且油水兩相體系中的水相會影響體系的分散狀態,進而影響水合物堵塞機理。前人的研究普遍表明,增大管道內的流體流速能延續水合物堵塞管道時間,降低水合物堵管風險,但關于流速對水合物誘導時間的影響的研究,眾多學者的研究結果不完全一樣,因此就需要進一步實驗探究。油水兩相體系中的含水率會對水合物漿液的油水分散狀態、流量參數、摩擦系數、壓降、流體流型和水合物漿液粘度產生一定的影響。含水率對于水合物微觀生成的影響暫時還處于理論猜測階段。因此,還應更加系統的進行油水兩相體系中含水率在微觀上對水合物成核動力學特性和生長的定性分析。
繼續加強研究管輸體系下影響水合物成核、生長、聚集和堵塞等微觀及宏觀的動力學特性的研究,建立和完善有關含水率和流速對管路中水合物的誘導時間或水合物漿液的堵管時間影響的動力學模型,模擬各因素對管路安全流動和堵塞風險的影響;部分分散體系中的水合物生成產生界面擾動從而影響水相在油相中的分散效果的現象,目前并無合理的解釋,而且對于溶液中的水相會影響部分分散體系水合物的分散狀態從而影響水合物堵塞機理也沒有相應的微觀實驗證實,缺乏說服力,要進一步研究;缺少對彎管、閥件、以及閥門處等特殊環境下水合物形成研究的實際實驗研究;應深入量化研究動力學抑制劑以及防聚劑或二者聯合使用對管路中水合物的聚集、沉積和堵塞的具體影響,并得出具有最佳防聚效果時的最優濃度,這對集輸管道中水合物堵塞防控有著重要的現實意義。