مطالعه آزمایشگاهی تشکیل هیدرات متان در محیط متخلخل سیلیسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 انستیتو مهندسی نفت- دانشگاه تهران

2 گروه مهندسی نفت پردیس کیش دانشگاه تهران

3 دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تهران

10.22078/pr.2025.5733.3548

چکیده

تحقق تولید متان از سیستم حاوی هیدرات گازی با شرایط ایمن و اقتصادی مستلزم شناخت و درک اساسی از رفتار فیزیکی درگیر در فرآیند دینامیک تشکیل و تفکیک هیدرات متان در محیطهای رسوبی است .در این مطالعه با طراحی یک دستگاه آزمایشگاهی، سنتیک تشکیل هیدرات متان در بستر محیط متخلخل سیلیسی با رویکرد آب اضافی در میادین دریایی شبیه سازی شد. همچنین با استفاده از محاسبات موازنه حجمی، مقدار کسر تبدیل متان طی مراحل مختلف تشکیل هیدرات و نیز مقدار اشباع فازها در رسوبات حاوی هیدرات بدست آمده است. بررسی نتایج نمودارهای تکامل دما و فشار در طول فرایند تشکیل هیدرات متان نشان داد شرایط تشکیل هیدرات برای نمونه‌های آزمایشگاهی با شرایط ترمودینامیکی حاکم مطابقت زیادی دارد. متناسب با دانه بندی ماسه‌های سیلیسی انتخابی، مقدار متوسط اشباع فاز هیدرات % 32.5 ، اشباع فاز آب %63.9 و اشباع فاز گاز%3.6 برای نمونه‌های آزمایشگاهی محقق گردید. همچنین میانگین کسر تبدیل متان به هیدرات برای نمونه‌های آزمایش مقدار %88.2 بدست آمده است. اختلاف در پاسخهای حرارتی سیستم در برخی موقعیتهای قرارگیری ترموکوپل‌ها به توزیع و تشکیل غیر یکنواخت هیدرات متان در محیط متخلخل منتسب گردید. همچنین بررسی ما نشان داد مقدار دسترسی فازهای گاز و آب و نوع توزیع فاز هیدارت در محیط رسوبی از عوامل مهم کنترل کننده کسر تبدیل متان در نمونه‌های آزمایشی می‌باشد. در نهایت شبیه سازی شرایط دما و فشار هیدرات گازی تشکیل شده در این مطالعه مطابقت زیادی با مخازن هیدرات گازی در میادین دریایی داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of methane hydrate formation in silica porous medium

نویسندگان [English]

  • Ali Nakhaee 1
  • mostafa moradinejad 2
  • Ghodratollah Hashemi Motlagh 3
1 Institute of Petroleum Engineering, School of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, IRAN
2 department of petroleum engineering, kish international campus, University of Tehran
3 School of Chemical Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Achieving methane production from a gas hydrate-containing system under safe and economic conditions requires a fundamental understanding of the physical behavior involved in the dynamic process of methane hydrate formation and dissociation in sedimentary environments. In this study, by designing a laboratory apparatus, the kinetics of methane hydrate formation in a silica porous medium with an excess water approach was simulated. Also, using volume balance calculations, the amount of methane conversion fraction during different stages of hydrate formation, as well as the saturation level of phases in hydrate-containing sediments, has been obtained. The results of the temperature and pressure evolution diagrams during the methane hydrate formation process showed that the conditions for hydrate formation for the laboratory samples fully corresponded to the prevailing thermodynamic conditions. In proportion to the selected silica sand grain size, the average saturation of the hydrate phase was 32.5%, the saturation of the water phase was 63.9%, and the saturation of the gas phase was 3.6% for the laboratory samples. Also, the average fraction of methane conversion to hydrate for the test samples was 88.2%. The difference in the thermal responses of the system in some positions of the thermocouples was attributed to the non-uniform distribution and formation of methane hydrate in the porous medium. Also, our study showed that the amount of access of the gas and water phases and the type of distribution of the hydrate phase in the sedimentary environment are important factors controlling the fraction of methane conversion in the test samples. Finally, the simulation of the temperature and pressure conditions of the gas hydrate formed in this study was highly consistent with gas hydrate reservoirs in offshore fields.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Methane hydrates
  • Porous silica medium
  • hydrate kinetic
  • methane conversion fraction
  • Phase saturation