张 雷

（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

天然气水合物热力学模型研究

张 雷

（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

天然气作为一种清洁型能源，全球需求量逐年增大，开采量也不断攀升。而对于运输天然气主要方式的管道运输来说，天然气在适宜的条件下，容易在管道生成天然气水合物，造成管线、阀门等设备堵塞，影响输送。通过查阅大量的国内外文献，对天然气水合物的产生条件进行简单分析，并且对天然气水合物生成预测模型进行总结整理，有助于数学求解与应用。

天然气水合物；生成条件；热力学模型

近年来，国内提倡节能环保，而天然气被认为是一种洁净环保的优质能源，为国家今后的主要能源，随后我国和俄罗斯签署天然气大单，以解决国内天然气供求。天然气运输最好的方式是管道运输，但天然气在管道中处于适宜的条件下容易生成天然气水合物，容易造成井筒、管线、阀门等设备堵塞，从而影响天然气运输，造成不必要的经济损失，甚至产生安全事故。所以对天然气水合物的生成、预测、防治显得尤为重要。

1 天然气水合物预测模型

由于天然气在管道运输中易形成水合物，这对管道运输产生巨大的危害，那么对于掌握生成水合物的条件显得尤为重要，而影响水合物生成的因素主要为温度和压力。目前，对预测生成天然气水合物温度和压力主要有经验图解法、经验公式法、相平衡常数法以及热力学模型法。

1.1 经验图解法

经过大量的实验研究，绘制出形成不同密度的天然气水合物的压力与温度的关系曲线。通过经验图可以大致掌握天然气水合物生成的温度与压力。对于经验图解法，只能得出天然气水合物生成时模糊温度与压力，起到一个粗略的预测，误差较大，常作为验证其他方法的正确性。

1.2 经验公式法

通过大量的实验数据，许多学者依据实验所得数据进行处理，得到温度与压力的关系表达式，从而通过温度与压力的经验公式可以得出天然气水合物生成压力。最为广泛应用的是波诺马列夫法等[2]。

1.3 平衡常数法

平衡常数法就是将固态的气体水合物类比成固体的溶液，通过气体与固体平衡常数来预测天然气水合物生成温度与压力。平衡常数法较为简单，所以被广泛使用，但其缺点对于所得到的结果有着较大的误差，也可以用于验证其他方法的正确性[3]。

1.4 相平衡热力学模型

相平衡热力学模型通常建立在经典相平衡理论的基础上。自从Van der Waals和Platteeuw在1959年通过经典吸附理论，建立了最初的水合物热力学模型。考虑到最初模型的不合理的地方，经过John和Holder等不断修改，最后形成较为完善的VDWP模型。

1.5 水合物相Chen-Guo模型

基于VDWP模型，国内外学者不断对热力学相平衡模型研究改进，由于水合物相化学位在算法上不尽相同，所以就得出了不同的计算模型。Parrish & Prausnitz等在1972年得到Parrish & Prausnitz模型，而后随着研究的不断深入，出现了Ng-Robinson模型（1976年）、John-Holder模型（1972年）、Du-Guo模型（1988年）、Chen&Guo 模型（1996年）等，这些模型都是通过改变Langmuri常数来提高计算精确度，随着年分的增加，模型的精确程度也不断增加，Chen-Guo模型的精确度最高，但Chen-Guo模型有别于其他模型，Chen-Guo模型在Langmuri等温吸附上有着明显不同，Chen-Guo 等在VDWP模型的基础上，提出了局部稳定性个准均匀占据理论。

2 结束语

随着科学技术的不断发展，天然气在世界范围内大量应用，产量逐年增加，运输量也不断增加。管道运输作为天然气运输的主要方式，成为业内关注的焦点，能否合理，安全，经济的运输天然气显得尤为重要，本文对天然气水合物生成的预测模型进行了总结与整理，有助于日后的应用。

[1] 刘志安.天然气水合物生成机理和热力学模型研究[D].北京：中国石油大学，2007.

[2] 胡顺渠天然气水合物预测综合模型及其应用[D].成都：西南石油学院，2003.

[3] 白执松，罗光熹.石油及天然气物性预测[M].北京：石油工业出版社，1995.

[4] 王静.长距离输气管道的水合物生成预测[D].荆州：长江大学，2015.

[5] 庞群利.深水油气田开发过程中的天然气水合物预测模型研究[D].北京：中国石油大学，2010.

[6] 陈光进，郭天民.水合物生成过程的热力学研究[J].石油大学学报，1995，19（7）：55-59.

[7] Du Y H，Guo T M.Prediction of hydrate formation for systems containing methanol[J].Chem Eng Sci，1990，45（4）.

S t u d y o n T h e r mo d y n a mi c Mo d e l o f N a t u r a l G a s H y d r a t e

Zhang Lei

As a kind of clean energy，natural gas is increasing year by year in the world，and the amount of exploitation is also rising.As the main way of transportation of natural gas pipeline transportation，natural gas in the appropriate conditions，it is easy to generate gas hydrate in the pipeline，resulting in pipelines，valves and other equipment congestion，affecting transport.By consulting a large number of domestic and foreign literatures，the formation conditions of gas hydrate are brief l y analyzed，and the prediction model of gas hydrate formation is summarized.It is helpful to solve and apply the mathematical model.

gas hydrate；formation condition；thermodynamic model

P618.13

B

1003-6490（2017）08-0141-01

2017-06-03

张雷（1991—），男，黑龙江牡丹江人，研究生在读，主要研究方向为提高采收率原理与技术。