廖清云等-中国石油大学(北京)-蜡分子对甲烷水合物生长影响的分子动力学模拟研究

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Session 4 - Oral 11

蜡分子对甲烷水合物生长影响的分子动力学模拟研究

廖清云a,史博会a,宋尚飞a,段旭a,朱羽墨a,宫敬a

a 中国石油大学(北京) 油气管道输送安全国家工程实验室/石油工程教育部重点实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室,北京 102249

摘要:深海管道中蜡沉积与天然气水合物的共存增加了堵塞风险,严重威胁管道安全。由于常规的实验方法难以分析蜡分子与水合物晶胞之间的微观作用机制,本文应用分子动力学(MD)模拟研究蜡分子对甲烷水合物微观生长过程的影响。建立了含水分子、甲烷分子及sI型甲烷水合物晶胞的两相模型,并在液相中添加不同数量的C17或C50正构烷烃分子以模拟蜡分子。分析了不存在/存在蜡分子时水合物的生长轨迹、体系结构参数、体系势能及水合物环笼结构数据,得出以下结论:1)10个C17正构烷烃蜡分子对甲烷水合物生长具有促进作用;而1个C17或1个C50正构烷烃蜡分子具有先促进后抑制的复杂作用。2)蜡分子的存在可促进甲烷气泡的形成,且10-C17模型中蜡分子的结晶发生在气泡形成之前。3)气液固三相接触有利于甲烷水合物的生长,而气固界面距离会受到气泡中蜡分子的影响。本文在微观层面探索了蜡分子与水合物晶胞的相互作用机制,这些初步结论是MD进一步研究该领域的基础性工作,对解决深水油气资源开发系统中蜡与水合物共存的流动保障问题具有重要意义。

关键词:甲烷水合物,蜡分子,分子动力学模拟,流动安全保障

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