管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进(4)

发布时间：2021-06-07

精度允许的范围内，将其所得到的参数应用于流速为１

．８９Ｌ／ｍｉｎ与２．８３Ｌ／ｍｉｎ的单通道流动体系下进行水合物的沉积实验，并开展了一系列的水合物防堵研究。

３　宏观生长模型

　　当过饱和溶液中晶核的尺寸达到临界尺寸时，

体系的吉布斯自由能达到最大值，这时，体系为了维持稳定将自发地向吉布斯自由能较小的方向发展，从而进入水合物生长阶段。当前，流动状态下的水合物生长模型大多也是从静态水合物生长模型的基础上发展而来的，其生长过程大多通过气体消耗速率来衡量。　　Ｖｙ

ｓｎｉａｕｓｋａｓ和Ｂｉｓｈｎｏｉ［３７］

在对甲烷水合物与乙烷水合物生成过程进行研究的基础上，通过将水合物的生长过程与影响水合物生成的主要因素相关联，首

先提出了一个半经验模型。Ｋｕｍａｒ［３

８］

在随后的实验过程中，通过数据分析与比较，认为该模型描述水合物生长过程的精确度较低。即

ｒ＝Ａ１ａｓ

ｅｘｐγ

－ΔＥａ（）ＲＴｅｘｐ－ａΔ

Ｔ（）

ｂｐγ

（１３）式中ａｓ为气水界面的总表面积，

ｍ２；Ａ１为指前因子，ｍ３

／（ｍ２

·ｓ·Ｐａ）；ａ、ｂ、γ为常数；Δ

Ｅａ为活化能，ｋＪ／ｍｏｌ；ｐ为系统压力，

Ｐａ；ｒ为甲烷消耗速率，ｍ３

／ｓ；ΔＴ为过冷度，Ｋ。

　　刘陈伟等［３９］

对原油相、

水相、气相、水合物相四相管道流动体系中水合物的生成进行了模拟，在Ｖｙｓｎｉ－ａｕｓｋａｓ和Ｂｉｓｈｎｏｉ模型的基础上，针对具体的应用条件，采用了如下的模型计算水合物的形成速率：ＦＨ＝Ｋ

６Ａ２Ｅｗ０ｄ０

ＥｗＥ（）ｗ０２

３

ｅｘｐ

－ΔＥａ（

）ＲＴｅｘｐ－ａΔ

Ｔ（）

ｂｐγ

（１４

）式中ＦＨ为单位管长中气体的消耗速率，ｍ

３

／ｓ；Ｋ为综合预测常数，ｍ３／（ｍ２·ｓ·Ｐａ）；Ｅｗ０为水合物开始形成

时水的体积分数；Ｅｗ为管道中水相的体积分数；Ａ２为管道截面积，ｍ２

；ｄ０为水合物开始形成时的液滴直径，

ｍ。

　　Ｅｎｇ

ｌｅｚｏｓ等［４０］

在假设水合物的生长速率不随时间变化的基础上，综合考虑水合物的传质过程及反应

过程，提出了描述单组分及混合气体组分的水合物生长模型（１５）。该模型在搅拌式反应釜中与水合物生成数据吻合较好，然而，由于其生长速率不随时间变化的假设与实际不符，且流动情况下气液界面的不断更新使得其与静态釜式反应器传质过程存在着较大区别，使得该模型应用于流动体系下水合物的生成研究存在着较大的局限性。即

ｄ

ｎｄ［］ｔ＝ｋｒｋｄ

ｋｒ

＋ｋ

ｄ

Ａｐ

（ｆ－ｆｅｑ

）（１

５）式中Ａｐ为水合物颗粒壳体表面积，ｍ２

；ｆ为实验条件

下气体逸度，ＭＰａ；ｆｅｑ为三相平衡时的气体逸度，

ＭＰａ；ｋｒ为反应速率常数，ｍｏｌ／（ｍ２