透明搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜內(nèi)水合物防聚劑性能測(cè)評(píng)研究

郭朋皞， 宋光春， 李玉星*， 王武昌， 高巖， Sum Amadeu Kun Wan

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)山東省油氣儲(chǔ)運(yùn)安全省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 青島 266580； 2.科羅拉多礦業(yè)學(xué)院， 戈?duì)柕?80401)

天然氣水合物是水分子與甲烷及乙烷等烴類氣體分子組成的非計(jì)量性籠型晶體化合物[1]，通常易在低溫和高壓的條件下生成。因此，在低溫和高壓的深水油氣輸送管道中，天然氣水合物很容易生成并引發(fā)堵塞[2-3]，阻礙正常生產(chǎn)。目前，向管道內(nèi)添加水合物抑制劑是防止水合物堵塞管道的關(guān)鍵措施[4-5]。

作為一種常用的水合物抑制劑，防聚劑(anti-agglomerants，AAs)[6]可有效抑制油水體系中水合物顆粒間的聚集并以此促進(jìn)高流動(dòng)性水合物漿液的形成，防止管道水合物堵塞。目前，AAs對(duì)水合物顆粒聚集的抑制效果可借助多種實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)評(píng)，如流動(dòng)環(huán)路[7-8]、攪拌反應(yīng)釜[9]、搖晃反應(yīng)釜及搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜等[10]。閆柯樂(lè)等[11]使用藍(lán)寶石反應(yīng)釜和激光粒度儀，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了一種復(fù)配型防聚劑(anti-agglomerant，AA)在油水體系內(nèi)的防聚效果；董三寶等[12]針對(duì)AA的使用現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及發(fā)展方向進(jìn)行了全面的評(píng)價(jià)。

上述實(shí)驗(yàn)裝置中，搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜因具有可模擬多種流型、實(shí)驗(yàn)材料消耗少及易于建造和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而在近年來(lái)備受關(guān)注。Sum等[10]、Sa等[13]系統(tǒng)介紹了搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜的特點(diǎn)及其在水合物流動(dòng)安全研究方面的應(yīng)用；Melchuna等[14]使用搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜研究了不同持液率和晃動(dòng)工況下水合物及冰的形成和漿體流動(dòng)特性；Zhang等[15]計(jì)算了多相流動(dòng)條件下?lián)u晃-反應(yīng)釜內(nèi)形成的水合物聚集體的孔隙度和有效體積；Sa等[16]使用搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜評(píng)估了某種AA在水合物-冰共存體系中的作用效果。基于一系列的搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜實(shí)驗(yàn)；Melchuna等[17]提出了一種評(píng)價(jià)管道內(nèi)固相析出問(wèn)題嚴(yán)重程度的指數(shù)—流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；Song等[18]則通過(guò)搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜實(shí)驗(yàn)研究了水合物生成特性與管內(nèi)多相流動(dòng)工況間的關(guān)系。

為了對(duì)防聚劑AA-D進(jìn)行性能測(cè)評(píng)，使用透明搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜在不同晃動(dòng)工況及AA-D濃度下開(kāi)展了一系列水合物的生成及流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?；趯?shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)評(píng)了AA-D的性能并研究了AA-D對(duì)水合物生成及流動(dòng)特性的影響，可為水合物的防聚劑防治提供理論基礎(chǔ)和借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及材料

使用圖1所示的透明搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜裝置開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與本課題組其他非透明的搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜[10, 13-17]相同：主要由一段安裝在晃動(dòng)平臺(tái)上的密封管及一個(gè)用于控制晃動(dòng)工況的電機(jī)構(gòu)成。其中，密封管為實(shí)驗(yàn)中水合物的生成場(chǎng)所，由亞克力材料制成，最大承壓1.5 MPa，套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)外管之間為水浴夾套，內(nèi)管直徑2.54 cm，管長(zhǎng)0.91 m。密封管完全透明，便于使用網(wǎng)絡(luò)攝像頭拍攝并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。此外，密封管內(nèi)安裝有一個(gè)壓力傳感器及兩個(gè)溫度傳感器，分別用于測(cè)量管內(nèi)壓力及氣液兩相的溫度。更多關(guān)于本實(shí)驗(yàn)裝置的細(xì)節(jié)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。

實(shí)驗(yàn)前，為了便于區(qū)分液相的分散狀態(tài)，分別將去離子水和礦物油染成藍(lán)色及黃色。所有實(shí)驗(yàn)均在30%持液率及50%含水率的條件下開(kāi)展，每組實(shí)驗(yàn)的晃動(dòng)工況如表1所示。相同晃動(dòng)工況下，每組實(shí)驗(yàn)分別開(kāi)展兩次：不添加AA-D及添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的AA-D。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及工況

透明搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜的承壓較低，而低壓下水合物的生成速率較慢。因此，為了提高水合物的生成效率，實(shí)驗(yàn)中先在冰點(diǎn)以下生成冰與乙烷水合物，隨后加熱分解上述固體混合物。分解結(jié)束后，迅速降低溫度并在冰點(diǎn)之上再次生成乙烷水合物。該方法充分利用了水合物生成的“記憶效應(yīng)”[19]，使乙烷水合物能在分解結(jié)束后快速再次形成。具體實(shí)驗(yàn)步驟詳見(jiàn)文獻(xiàn)[18]，這里不再贅述。

實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)材料主要為去離子水、礦物油[密度0.825 kg/m3, 40 °C時(shí)黏度12.32 cP(1 cP=10-3Pa·s)]、乙烷(純度99 %)及法國(guó)道達(dá)爾公司提供的水合物防聚劑AA-D(圖2)。

圖1 透明搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the transparent rock-flow cell

圖2 法國(guó)道達(dá)爾公司提供的水合物防聚劑樣本AA-DFig.2 AA sample labeled AA-D provided by Total Fluides? (France)

表1 晃動(dòng)工況Table 1 Rocking condition

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 水合物生成前

首先分析不添加AA-D時(shí)水合物生成前管道內(nèi)的多相流動(dòng)特性。圖3展示了不添加AA-D時(shí)各晃動(dòng)工況下水合物生成前管道內(nèi)的氣液流型、液液流型及溶液分散狀態(tài)。

由圖3可知，由于相對(duì)較低的持液率(30%)，實(shí)驗(yàn)中只存在分層流一種氣液流型。然而，實(shí)驗(yàn)中可以觀察到3種不同的液液流型，具體如圖4所示。其中，具有分散水層的液液分層流出現(xiàn)在搖晃速率為5 r/min的工況，以水為連續(xù)相的液液分散流出現(xiàn)在搖晃角度為17°、搖晃速率為10 r/min和15 r/min的工況，以油為連續(xù)相的液液分散流則出現(xiàn)在其他剩余工況，具體原因如下。

當(dāng)搖晃速率為5 r/min時(shí)，管道內(nèi)的流動(dòng)剪切及擾動(dòng)較小，因此水相不能被完全且均勻地分散在油相中，有分散水層的液液分層流由此形成。如圖4所示，在這種液液流型中，分散水層由于重力較大而處于管道底部。隨著搖晃角度和速度的增加，管道內(nèi)的流動(dòng)剪切及擾動(dòng)也逐漸增強(qiáng)。在這種情況下，水相能夠完全且均勻的分散到油相中，以油為連續(xù)相的液液分散流因此形成。當(dāng)搖晃角度進(jìn)一步增大到17°且搖晃速率增大至10 r/min以上時(shí)，管道內(nèi)的剪切和擾動(dòng)達(dá)到了最強(qiáng)，足以使黏度更高的油相分散至水相中，以水為連續(xù)相的液液分散流由此形成。類似的，當(dāng)搖晃角度在17°且搖晃速率為10 r/min和15 r/min時(shí)，強(qiáng)剪切下形成了水包油(O/W)乳狀液，其他晃動(dòng)工況下則對(duì)應(yīng)形成油包水(W/O)乳狀液。需要注意的是，在沒(méi)有添加AA-D的條件下，本實(shí)驗(yàn)中形成的乳狀液均為剪切穩(wěn)定性乳狀液，當(dāng)晃動(dòng)停止時(shí)，乳狀液將失穩(wěn)分層。

圖3 不添加AA-D時(shí)水合物生成前管道內(nèi)的氣液流型、 液液流型及溶液分散狀態(tài)Fig.3 Gas-liquid flow patterns, liquid-liquid flow patterns and dispersion state in the pipe before hydrate formation without the injection of AA-D

然而，添加AA-D后，即使在5 r/min的低搖晃速率下，也無(wú)法形成液液分層流。與之相對(duì)的，所有添加AA-D的工況中均形成了分散良好的液液分散流及穩(wěn)定的油水乳狀液，如圖5所示。這說(shuō)明在水合物生成前，AA-D能夠很好地將油水兩相進(jìn)行分散和乳化。此外，還可以看出，相較于晃動(dòng)工況，AA-D的分散/乳化性能對(duì)管道內(nèi)多相流動(dòng)特性的影響更為突出。

圖4 無(wú)AA-D時(shí)水合物生成前管道內(nèi)的液液流型Fig.4 Liquid-liquid flow patterns observed before hydrate formation without AA-D

圖5 添加AA-D后管道內(nèi)形成分散良好的液液分散流 及穩(wěn)定的油水乳狀液，以工況#1為例Fig.5 Well dispersed liquid-liquid flow and stable oil-water emulsion formed in the presence of AA-D, as illustrated by case #1

2.2 水合物生成后

首先對(duì)不添加AA-D的工況進(jìn)行分析。當(dāng)不添加AA-D時(shí)，管道內(nèi)會(huì)觀察到以下典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：水合物的積聚、水合物的管壁沉積、水合物的著床沉積及水合物形態(tài)的變化。其中，水合物的積聚是指水合物在管道內(nèi)來(lái)回流動(dòng)時(shí)逐漸積聚在管道兩端的過(guò)程。水合物的管壁沉積是指液相主體中生成的水合物顆粒通過(guò)與管壁之間的黏附力附著在管壁上并逐漸形成沉積層的過(guò)程。水合物的著床沉積則是指水合物聚集體難以被管內(nèi)的流動(dòng)攜帶并逐漸在重力作用下沉降到管到底部形成床層的過(guò)程。

圖6歸納了上述不添加AA-D時(shí)水合物生成后管道內(nèi)的典型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。由圖6可知，水合物的管壁沉積發(fā)生在所有不添加AA-D的工況中。以工況#4為例，圖7展示了水合物在管壁上發(fā)生沉積的典型過(guò)程。由圖7(a)、圖7(b)可知，水合物顆粒主要在液相主體內(nèi)部初始生成并隨著管內(nèi)流體一起流動(dòng)。流動(dòng)過(guò)程中，部分水合物顆粒會(huì)與管壁發(fā)生碰撞接觸并可通過(guò)與管壁之間的液橋力[20]黏附在管壁上。因此，如圖7(c)所示，水合物生成后管壁上會(huì)迅速形成一層由顆粒黏附產(chǎn)生的薄且致密的水合物沉積層。隨后，該水合物沉積層會(huì)逐漸生長(zhǎng)增厚直至液相主體中幾乎再無(wú)游離的水合物顆粒，如圖7(c)～圖7(e)所示。圖8則展示了管壁上水合物沉積層的粗糙形態(tài)及管壁上黏附的水合物顆粒。

實(shí)驗(yàn)中所有不添加AA-D的工況均發(fā)生了水合物的管壁沉積，并且不同晃動(dòng)工況下生成的水合物沉積層并未呈現(xiàn)出明顯差別。這是因?yàn)?，?dāng)搖晃角度和速率較小時(shí)，壁面處的流動(dòng)剪切也較弱，因此水合物顆粒更容易通過(guò)液橋力黏附在管壁上。然而，當(dāng)搖晃角度和速率較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)中水合物的生成速率和生成量也較小(見(jiàn)2.3節(jié))。因此，這些工況下形成的水合物沉積層其厚度和沉積量并不會(huì)明顯大于搖晃角度和速率更大時(shí)生成后的水合物沉積層。同樣的，當(dāng)搖晃角度和速率較大時(shí)，雖然生成的水合物更多，但壁面處的流動(dòng)剪切也更強(qiáng)，因此形成的水合物沉積層并沒(méi)有明顯區(qū)別于其他工況。

水合物的積聚，如圖9所示，其形成主要與搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜的運(yùn)動(dòng)模式有關(guān)，該現(xiàn)象同樣發(fā)生在不添加AA-D的所有工況中。實(shí)驗(yàn)中，管道內(nèi)的油、水及水合物會(huì)在管道內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于水合物而言，考慮到搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜的運(yùn)動(dòng)模式，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其會(huì)以較高的速率運(yùn)動(dòng)到管道兩端隨后再以較低的流速離開(kāi)。在這種情況下，水合物就會(huì)逐漸在管道兩端積聚。需要注意的是，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主要是由搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜的特殊結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)模式導(dǎo)致的，實(shí)際生產(chǎn)中一般不會(huì)發(fā)生除非管段滿足積聚發(fā)生的特殊條件。

圖6 不添加AA-D時(shí)水合物生成后管道內(nèi)典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Fig.6 Typical experimental phenomena observed in the pipe after hydrate formation without the injection of AA-D

本實(shí)驗(yàn)中，水合物的著床沉積只發(fā)生在搖晃角度為7°的工況下且著床沉積過(guò)程中通常伴隨著水合物形態(tài)的變化。圖10展示了工況#3中觀察到的典型的水合物著床沉積過(guò)程。由圖10(a)可以看出，水合物生成后管道內(nèi)會(huì)迅速形成具有一定流動(dòng)性的濃稠水合物漿。同時(shí)，漿體中的水合物顆粒會(huì)在流動(dòng)過(guò)程中逐漸發(fā)生碰撞和聚集。因此，管道內(nèi)會(huì)逐漸形成由聚集產(chǎn)生的大尺寸水合物聚集體或水合物塊并逐漸在重力作用下向管到底部沉降，水合物移動(dòng)床層由此形成，如圖10(b)所示。實(shí)驗(yàn)中，隨著水合物的不斷生成和沉降，管內(nèi)的流動(dòng)剪切最終將不足以攜帶水合物繼續(xù)流動(dòng)，水合物的移動(dòng)床層也就因此轉(zhuǎn)化成固定床層，如圖10(c)所示。值得注意的是，著床沉積只發(fā)生在搖晃角度為7°的工況中，這是因?yàn)閾u晃角度為12°和17°時(shí)，管內(nèi)的流動(dòng)剪切足以分散漿體中的水合物顆粒并防止其聚集產(chǎn)生大尺寸水合物聚集體，水合物床層因此無(wú)法形成。此外，從圖6還可以看出，搖晃角度相較于搖晃速率對(duì)管內(nèi)實(shí)驗(yàn)的影響更大，因?yàn)楫?dāng)搖晃角度為12°和17°時(shí)，即使搖晃速率為5 r/min，水合物的著床沉積也沒(méi)有發(fā)生。然而，在當(dāng)搖晃角度為7°時(shí)，15 r/min的高搖晃速率下仍然發(fā)生了水合物的著床沉積。

圖7 工況#4中水合物管壁沉積的典型過(guò)程Fig.7 Typical process of hydrate deposition observed in case #4

圖8 近距離觀察管壁上水合物沉積形成的水合物膜Fig.8 Close-up view of hydrate film formed on the wall by hydrate deposition

圖9 管道兩端水合物的積聚Fig.9 Hydrate accumulation at the ends of the cell

圖10 工況#3中水合物的著床沉積過(guò)程Fig.10 Process of hydrate bedding observed in case #3

圖11 工況#8水合物生成后管內(nèi)流動(dòng)特性的變化Fig.11 Changes in the flow characteristics after hydrate formation for case #8

從圖10(c)可以看出：實(shí)驗(yàn)中水合物生成結(jié)束后管道內(nèi)只有油相還能繼續(xù)流動(dòng)，即觀察不到游離水的流動(dòng)，即使管道內(nèi)的水并未完全轉(zhuǎn)化為水合物。這一現(xiàn)象普遍存在于所有不添加AA-D的工況中。結(jié)合水轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)可以判斷出，實(shí)驗(yàn)中水合物生成結(jié)束后剩余的游離水全部被裹挾在水合物疏松多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)[21]中。因此，相較于管壁上形成的致密水合物沉積層，實(shí)驗(yàn)中管道內(nèi)形成的水合物床層和積聚的水合物通常具有疏松的空間結(jié)構(gòu)和較大的孔隙度。在這種情況下，即使水合物的生成量很小，但形成的水合物表觀體積卻很大，通常要幾倍于根據(jù)耗氣量計(jì)算出的水合物理論體積[15]。

以工況#8為例，圖11則展示了沒(méi)發(fā)生水合物著床沉積時(shí)管道內(nèi)的流動(dòng)特性。由圖11可以看出，水合物顆粒生成后均勻分散在液相主體中并形成了流動(dòng)性良好的水合物漿。隨著流動(dòng)過(guò)程的持續(xù)，水合物顆粒逐漸在管壁上黏附沉積同時(shí)在管道兩端產(chǎn)生積聚，因此液相主體中水合物的濃度逐漸降低。與此同時(shí)，由于游離水不斷被裹挾在生成的水合物中，液相主體中的水含量也逐漸降低。因此，初始形成的水合物漿液最終轉(zhuǎn)化成了不含游離水的自由流動(dòng)的油層，如圖11(d)所示。

對(duì)于添加了AA-D的工況，明顯不同于上述沒(méi)添加AA-D的工況，實(shí)驗(yàn)中只能觀察到水合物的管壁沉積。以工況#5為例，由圖12可知，由聚集形成的大尺寸水合物聚集體、水合物的積聚及水合物的著床沉積均未出現(xiàn)在添加了AA-D的工況中。這表明即使在較低的搖晃角度及搖晃速率下，AA-D也能很好地防治水合物顆粒間的聚集。值得注意的是，雖然AA-D能較好地防治水合物顆粒間的聚集，但其仍然無(wú)法防止水合物顆粒在管壁上的黏附沉積，如圖12所示。

上述提到的各類實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象均與水合物在管道內(nèi)的流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)，為了更好地量化不同晃動(dòng)工況下管道內(nèi)的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象計(jì)算了各工況下的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)[17]。這里的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)是指水合物聚集、管壁沉積和著床沉積的得分加和。其中，0分對(duì)應(yīng)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，1分對(duì)應(yīng)中風(fēng)險(xiǎn)，2分則對(duì)應(yīng)高風(fēng)險(xiǎn)。因此，較低的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)表明管道內(nèi)的流動(dòng)情況較好、水合物堵塞風(fēng)險(xiǎn)較低。更多關(guān)于水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)參考文獻(xiàn)[17]。表2展示了不添加AA-D時(shí)各工況的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)?？梢钥闯觯?dāng)搖晃角度為7°時(shí)，水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為6，當(dāng)搖晃角度為12°和17°時(shí)，水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為4。而對(duì)于添加了AA-D的工況，水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)則均為2，因?yàn)楣艿纼?nèi)只發(fā)生了水合物顆粒的管壁黏附沉積。由此可知，加入AA-D管道內(nèi)的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)得到了極大的改善。

圖12 添加AA-D時(shí)水合物生成后管道內(nèi)的流動(dòng)特性Fig.12 Flow characteristics in the pipe after hydrate formation with the injection of AA-D

表2 不添加AA-D時(shí)各工況的水合物流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Table 2 Hydrate flow risk index for all the cases without the injection of AA-D

2.3 水的轉(zhuǎn)化率

水的轉(zhuǎn)化率是表征水合物生成速率及生成量的重要參數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)中的氣體消耗量計(jì)算得到。圖13展示了不添加AA-D時(shí)各工況下水的轉(zhuǎn)化率變化曲線?？梢钥闯觯惶砑覣A-D時(shí)，實(shí)驗(yàn)中水的轉(zhuǎn)化率在1.2%～4.7%。這表明實(shí)驗(yàn)結(jié)束后各工況中應(yīng)存在大量的未轉(zhuǎn)化的游離水。然而，根據(jù)前文的分析，不添加AA-D時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后各工況中均未觀察到游離水的存在。這也就佐證了上文的分析，即實(shí)驗(yàn)結(jié)束后未轉(zhuǎn)化的游離水均被裹挾在疏松多孔的水合物中。此外，從圖13還可以看出，實(shí)驗(yàn)中水的轉(zhuǎn)化率隨著搖晃角度的和搖晃速率的增加而逐漸增加。這是因?yàn)椋S著搖晃角度和速率的增加，管內(nèi)的流動(dòng)剪切和擾動(dòng)也逐漸增強(qiáng)，因此油和水能更均勻的分散，作為水合物初始生成場(chǎng)所的油水界面其面積也就逐漸增大，進(jìn)而導(dǎo)致水合物生成速率和生成量的增加。

圖14展示了添加AA-D時(shí)各工況下水的轉(zhuǎn)化率變化曲線?？梢钥闯?，添加AA-D后實(shí)驗(yàn)中水的轉(zhuǎn)化率處在5.2%～7.5%，遠(yuǎn)高于不添加AA-D時(shí)水的轉(zhuǎn)化率。這主要是因?yàn)锳A-D具有良好的分散和乳化性能，能極大增加油水兩相的接觸面積，進(jìn)而促進(jìn)水合物的生成。此外，從圖14還可以看出，不同于沒(méi)添加AA-D的工況，添加AA-D后實(shí)驗(yàn)中水的轉(zhuǎn)換率并沒(méi)有隨搖晃角度和搖晃速率的增加而明顯增加。這是因?yàn)?，不添加AA-D時(shí)，管道內(nèi)油水的分散狀態(tài)主要取決于晃動(dòng)工況，而當(dāng)添加AA-D后，AA-D的分散和乳化作用對(duì)管道內(nèi)油水的分散狀態(tài)起到了決定性作用，因此水的轉(zhuǎn)化率不再隨晃動(dòng)工況而規(guī)律變化。

圖13 不添加AA-D時(shí)各工況下水的轉(zhuǎn)化率Fig.13 Water conversion for each of the cases without the injection of AA-D

圖14 添加AA-D時(shí)各工況下水的轉(zhuǎn)化率Fig.14 Water conversion for each of the cases with the injection of AA-D

3 結(jié)論

為了對(duì)道達(dá)爾公司提供的AA-D樣品進(jìn)行性能測(cè)試，使用透明搖晃-流動(dòng)反應(yīng)釜開(kāi)展了一系列管道內(nèi)水合物的生成和流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。得出如下結(jié)論。

(1)不添加AA-D時(shí)，不同晃動(dòng)工況下水合物生成前管道內(nèi)形成了三類液液流型(有分散水層的液液分層流、水為連續(xù)相的液液分散流及油為連續(xù)相的液液分散流)和兩類油水乳狀液類型(W/O及O/W)。添加AA-D時(shí)，管道內(nèi)只存在分散良好的液液分散流及穩(wěn)定的油水乳狀液，表明AA-D具有良好的分散及乳化性能。

(2)所有工況中，水合物主要在液相主體內(nèi)生成并逐漸在管壁上發(fā)生黏附沉積。此外，不添加AA-D時(shí)，管道內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)由聚集形成的大尺寸水合物聚集體、水合物的積聚及水合物的著床沉積。添加AA-D后，管道內(nèi)則只會(huì)形成流動(dòng)性良好的水合物漿。這表明AA-D具有良好的水合物防聚性能，但其并不能有效防止水合物顆粒在管壁上的黏附沉積。

(3)不添加AA-D時(shí)，管道內(nèi)水的轉(zhuǎn)化率在1.2%～4.7%，添加AA-D后管道內(nèi)水的轉(zhuǎn)化率提升至5.2%～7.5%，表明AA-D具有良好的油水乳化性能及水合物防聚性能。