Исследование диэлектрических параметров газогидрата при низких частотах электромагнитного поля

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Измерения диэлектрических параметров производились после каждого цикла гидратообразованияпри помощи куметра ВМ 560 в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц. Измерения тангенса диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости проводились по стандартной методике (см. раздел 2.2. настоящего пособия). По скачку емкости и добротности колебательного контура можно судить о начале образовании газогидрата в измерительной ячейке. Это определяет индукционное время начала газогидратообразования и время начала измерения диэлектрических параметров газогидратов. После 1-го цикла гидратообразования сигнала на куметре не наблюдалось, что связано с присутствием значительного количества жидкой воды и малого количества газогидрата в измерительной ячейке. После второго цикла сигнал надежно регистрировался. Поскольку температура в реакторе положительна, и льда в измерительной ячейке нет, основное затухание электромагнитная волна испытывает в газогидрате. При последующих циклах, по мере накопления газогидрата (диэлектрика) между обкладками измерительного конденсатора, растут потери энергии электромагнитного поля. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, тем больше угол диэлектрических потерь δ и значение функции .Следовательно, по величине можно судить не только о наличии газогидрата, но и его количестве.

В процессе измерения параметров колебательного контура газовый гидрат, образованный в измерительной ячейке, нагревается. Как показывает оценка специалистов, повышение температуры не должно превышать [11] – при этом соблюдается условие существования газогидрата. Поэтому встает вопрос об изменения температуры в измерительной ячейке во время диэлектрических измерений. Наши оценки изменения температуры при мощности куметра ВМ 560 и продолжительности измерений диэлектрических параметров в течении 1, 5 часа показали, что теплоты, выделяемой в измерительной ячейке (в адиабатическом приближении), недостаточно, чтобы нагреть газогидрат даже до температуры разложения, не говоря уж о самом разложении. Следовательно, разложения газогидрата при диэлектрических измерениях не происходит.

Расчет массы образовавшегося газогидрата в цикле определялся экспериментально из уравнения идеального газа (PTV-метод) по формуле:

, (3.5.1)

где падение давления в реакторе в процессе гидратообразования за один цикл, Па; объем реактора, газовая постоянная ;

температура в реакторе, номер цикла

Мольная доля гидратообразователя в газогидрате:

количество молей газа, перешедшего в газогидрат; количество молей газогидрата. Для пропана

Результаты эксперимента и их обсуждение.На рис. 3.13 показаны фотографии газогидрата, выращенного в цилиндрическом конденсаторе в течении 8 суток (циклов).

Рис. 3.13. Фотографии газогидрата

На рис. 3.14 представлена зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты и номера цикла при росте и диссоциации газогидрата пропана. На графике видно, что при росте газогидрата от цикла к циклу тангенс угла диэлектрических потерь возрастает, а при диссоциации – уменьшается. Частота, на которой сигнал на куметре максимален, зависит от, схемы и параметров колебательного контура, используемого в эксперименте. В нашем случае такая частота равна .Полученные экспериментальным путем значения тангенса угла диэлектрических потерь газогидрата позволяют судить о степени гидратообразования , которая определялась экспериментальным путем, как отношение тангенса угла диэлектрических потерь i-го цикла к максимальному тангенсу потерь , при котором вода полностью конвертируется в газогидрат:

(3.5.2)

Рис. 3.14. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты и номера цикла при образовании и диссоциации газогидрата

Для того чтобы убедиться в состоятельности диэлектрического метода для количественной оценки степени газогидратообразования необходимо сравнить его с другим, независимым от него, методом. В нашем случае наиболее простым и удобным для сравнения представляется PVT метод. Используя формулу (1) можно рассчитать степень гидратообразования, как:

(3.5.3)

где - масса газогидрата, образовавшегося после цикла, - суммарная масса образовавшегося газогидрата.

На рис.3.15 представлено сравнение зависимостей степени гидратообразования от времени, полученных двумя независимыми методами. На графике видно, что диэлектрические данные имеют хорошее совпадение с результатами расчета по PVT- методу(отличие не превышает 10%).

Рис.3.15. Зависимости степени гидратообразования от времени, полученные двумя независимыми методами

Таким образом, полученные результаты позволяют предложить простой метод контроля процесса газогидратообразования. Этот метод основан на измерении тангенса угла диэлектрических потерь на определенной частоте в низкочастотном диапазоне электромагнитного поля. Предложенный метод позволит спрогнозировать время безаварийной эксплуатации технологического оборудования на промыслах и избежать аварийных ситуаций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Макогон Ю.Ф. Газогидраты. История изучения и перспективы освоения // Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2010, №2.

2. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. – М.: Недра, 1974. – 208 с.

3. Макогон Ю. Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. // Российский химический журнал, т. 48, №3, 2003, с.70-79.

4. Макогон Ю.Ф. Природные газогидраты: открытие и перспективы // Газовая промышленность. 2001. №5. С.10-16.

5. Федосеев С. М. Природные газовые гидраты – перспективы изучения и использования. // Наука и техника в Якутии, т. 18, №1, 2010, с. 16.

6. Ширшова А.В., Данько М.Ю. Способ утилизации попутного нефтяного газа. Патент.№ 2488625. Дата регистрации 27.07.2013 г.

7. Дядин Ю.А., Гущин А.Л. Газовые гидраты. // Соросовский образовательный журнал, №3, 1998, с. 55–64

8. Соловьёв В. А. Природные газовые гидраты как потенциальное полезное ископаемое. // Российский химический журнал, т. 48, №3, 2003, с. 59-69.

9. Von Stackelberg, M. Festegashydrate. Naturwissenschaften, 36, (1994), 327-333 p.

10. Гройсман А.Г. Теплофизические свойства газовых гидратов. Новосибирск: Наука, 1985. - 94 с.

11. Кэрролл Д. Гидраты природного газа. Перевод с английского. - М.: ЗАО «Премиум Инжиниринг», 2007. - с. 28, 210.

12. Шабаров А.Б., ШиршоваА.В., Данько М.Ю. и др.Экспериментальное исследование газогидратообразования пропан-бутановой смеси. // Вестник Тюменского государственного университета. №6. 2009. С. 73-81.

13. Шабаров А.Б., Ширшова А.В., Гашева С.С. Влияние физико-химических свойств нефти на газогидратообразование в водонефтяных эмульсиях. // Известия вузов. Сер. Нефть и газ. №2. 2014. С. 88-93.

14. Бешевли Б.И., Иващенко В.Ф., Касьян А.П., Коваленко Г.А. и др. Применение электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона для борьбы с гидратообразованием // Газовая промышленность, 1975. №2. с. 21-22.

15. Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. М.: ООО «ИРЦГазпром», 2004. с. 433.

16. Инструкция по эксплуатации. Измеритель добротности ВМ560. ЧССР, Брно: ТЕСЛА Брно, нац. предпр. 1978. 110 с.

17. Багаутдинов Н.Я. Научные основы и технологии воздействия физических полей на гидратопарафиновые отложения в нефтяных скважинах: диссертация доктора технических наук. Уфа, 2007. - с. 134.

18. Новиков С.Ю. Физика диэлектриков. Москва, 2007. – 81 с.

19. Кислицын А.А. Тепломассоперенос в многофазных системах под воздействием высокочастотного электромагнитного излучения: Диссертация доктора физ.-мат. наук: Тюмень., 1996. - 280 с.

20. Усиков С.В. Электрометрия жидкостей. - Л.: Химия, 1974.

21. Эмульсии: сб. /Под ред. Ф.Шермана: пер. с англ. Л.: Химия, 1972.

22. Dielectric and conductivity relaxation in poly (propylene glycol) - lithium triflate complexes /Y.Fu, K.Pathmanathan and J.R.Stevens //Journal of Chemical Physics, 1991, v.94, No9. - pp.6323-6329.

23. Брандт А.А. Исследования диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963. - 403 с.

24. Davidson D.W., Uilson G.I. The low frequency dielectric properties of ethylene oxide hydrate // Can JournChem. - 1963, V41. - № 6. - Р.1424 - 1434.

25. Gough S.R. Dielectric properties of some clatherate hydrates of structure II. // JournPhys Chem.- 1973, V77. - №25. - Р.2969 - 2976.

26. Davidson D.W. Clatherate hydrates // NY Plenum Press, 1973. - Р. 458 - 473.

27. Davidson D.W. Characterisation of natural gas hydrates by nuclear magnetic resonance and dielectric relaxation //Can Journ Chem. -1977, V81. - Р.248 - 253.

28. Фатыхов М.А., Багаутдинов Н.Я. Разработка методики определения и экспериментальные исследования диэлектрических параметров газового гидрата в области высоких частот // Нефтегазовое дело, 2006.

29. Дегтярев Б.В., Бухгалтер Э.Б. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в северных районах. – М.: Недра, 1976. - 200 с.

30. С.В. Амелькин, В.П. Мельников, А.Н. Нестеров. Кинетика роста газовых гидратов в разбавленных растворах ингибиторов-неэлектролитов. //Коллоид. журн., т.62, №4, 2000, с.450-455.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56