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PAGE/25 成都工业学院科研成果汇编

7. 含砂天然气水合物相平衡理论与聚集机理研究

项目简介

项目为 2021 年四川省科技创新苗子工程培育项目。天然气水合物由于埋藏较浅，储层未成岩，试采过程中地层有一
定的出砂趋势，在经过水下除砂装置处理后仍有较小的砂粒会随着采出混合物一起进入水下生产系统以及举升管内运输，
且水下输运管内又存在水合物颗粒的二次生成，给采出流道的流动安全保障带来了极大挑战。本项目采用实验研究与理论
分析的方法对不同砂粒粒径与浓度条件下含砂体系内水合物生成特性与相平衡条件展开了研究，确定了砂粒对水合物生成
特性与相平衡条件影响规律，建立了含砂体系的天然气水合物相平衡热力学模型。采用理论模型推导与数值模拟方法，对
含砂与水合物多相混输体系展开了流动聚集特性研究，探讨了砂粒浓度、粒径、水合物粒径及流速等关键因素对其影响规律，
建立了含砂水合物颗粒聚集动力学模型，确定了含砂与水合物多相体系流动规律，揭示了砂粒与水合物颗粒耦合聚集特性，
对天然气水合物资源开采的流动安全保障提供了理论参考。

左始 1. 深水浅层非成岩天然气水合物固态流化开采工程示意图 2. 弯管内水合物颗粒浓度分布
3. 水平管出口位置砂粒浓度随砂体积分数变化曲线

项目成熟度

以水合物生成动力学模型、相平衡预测模型为理论依据，对含砂体系水合物生成特性及相平衡条件展开了实验研究，
确定了砂粒对水合物生成特性及相平衡条件的影响规律，研究结果可为管控输运管内含砂体系总水合物二次生成提供理论
依据。同时以计算流体力学、多相流以及颗粒聚集动力学模型为理论依据，对含砂与水合物混输多相体系流动聚集特性展
开了研究，探讨了砂粒粒径与浓度、水合物浓度、流速等关键流体参数的影响规律，并分析了砂粒与水合物颗粒耦合聚集特性。
研究结果可对深水油气资 源开采以及天然气水合物资源开采的流动安全保障提供了理论指导。共发表三篇论文，其中两篇
SCI 检索，一篇 EI 检索。