新型涂层材料防止油气管道中甲烷包合物的积聚

2010年4月21日，深水地平线石油钻井平台发生灾难性的爆炸和井喷，导致有史以来最严重的石油泄漏，油井运营商预计泄漏可以在几周内被堵塞。2010年5月9日，作业者成功地在破裂的井口上方放下了一个125吨的密封圆顶。如果这一步成功了，泄漏的石油就会通过管道输送到上面的油轮上，从而阻止持续的泄漏，使泄漏变得非常严重。然而，为什么遏制措施没有像预期的那样发挥作用?

原因是甲烷和冰冻水的冰状混合物的存在，被称为甲烷包合物。由于海底的高压和低温，淤泥状混合物聚集在安全壳内部，堵塞了出口管道，使其无法改道;如果没有甲烷包合物的存在，这一围堵可能会起作用，无法阻止的泄漏和持续四个月的大规模生态破坏也将得以避免。

目前，一群来自麻省理工学院已经找到了避免石油泄漏这种灾难性后果的解决方案。本发明还可以防止油气管道内部的堵塞，这种堵塞可能会导致昂贵的清理管道的停机，甚至更糟糕的是，由于压力积聚导致管道破裂。

机械工程副教授Kripa Varanasi、博士后Arindam Das、近期毕业生Taylor Farnham SB ' 14 SM ' 16和Srinivas Bengaluru Subramanyam PhD ' 16在一篇论文中报道了防止结冰的创新技术。这篇论文发表在ACS应用材料与界面亚博网站下载．

新系统提供的解决方案是在管道内壁涂上一层材料，促进管道内表面的水屏障层扩散。研究人员发现，阻挡层有能力有效阻止水滴或冰粒子粘附在壁上，从而防止包合物的积聚，这些包合物会减慢或阻塞水流。yabo214

麻省理工学院(MIT)的研究人员开发了一种涂层，可以阻止水合物冰的积聚，这种冰会减缓或阻碍石油和天然气的流动。这些水合物具有潜在的爆炸性，在很大程度上要为2010年震动墨西哥湾的石油泄漏事故的初期失败负责。(梅兰妮Gonick /麻省理工学院)

与之前使用的可能造成污染和昂贵的技术，如减压、加热管壁或使用化学添加剂相比，新技术完全是被动的——一旦投入使用，该技术无需进一步添加材料或能源。流动的石油中已经存在的液态碳氢化合物被涂覆的表面所吸引，从而形成一个薄的表面层，具有自然排斥水的能力。这主要是为了避免冰附着在墙上。

瓦拉纳西表示，防止堵塞的普遍措施，即流动保障措施，贵还是不环保，“以及目前本办法的适用情况”。高达数亿美元“每年。在没有这些措施的情况下，水合物的积累会降低流速，减少收入。此外，瓦拉纳西说，如果水合物造成堵塞，那么“会导致灾难性的失败吗”。“无论是在安全性还是可靠性方面，这都是该行业面临的主要问题”。

根据Das，这篇论文的主要作者，这个问题可能会变得更加复杂，因为甲烷水合物在不同的位置，如大陆架，被认为是一个新的潜在的燃料来源，如果提取它们的技术被设计出来。”这些储量本身大大超过了所有已知的陆地和深水(石油和天然气)储量,“Das。

然而，与常见的油气井相比，这样的储层可能更容易堵塞地层和冻结。要想结束这种冰的堆积，关键在于防止包合物的第一个粒子附着在管道上:法纳姆说yabo214它们一旦附着，就会吸引其他粒子yabo214“包合物，并且开始快速地积聚。”我们想看看我们如何能最小化最初在管壁上的附着力”。

该技术与瓦拉纳西为使其实验室的研究成果能够商业化生产而建立的一家公司所使用的技术相同，该公司的技术涉及防止番茄酱、蜂蜜、油漆或农药等物质粘在容器壁上的容器涂层。该系统包括两个步骤:第一步是在容器壁上形成一层有纹理的涂层，下一步是添加一种润滑剂，它会被困在纹理中，避免内容物的粘附。

瓦拉纳西解释说，新的管道系统与那个系统完全相同，但在这里。我们使用的是环境本身的液体而不是在表面涂上润滑剂。他进一步指出，关于包合物的形成，最重要的性质是水的出现;因此，可以通过使水远离管壁来防止包合物的堆积。此外，由于表面涂层的化学亲和性，石油中的液态碳氢化合物会粘附在壁面上，从而有效地保持了水的远离。

”如果(管道中的)油更容易在表面扩散，那么它就会在水和墙壁之间形成一层屏障膜”,瓦拉纳西。研究人员报告说，在实验室中使用甲烷的代理化学物进行的调查(因为实际的甲烷包合物只在高压条件下形成，很难在实验室中复制)，该系统被发现非常有效。”我们没有看到任何水合物附着在基质上”,瓦拉纳西。

意大利能源公司埃尼公司通过麻省理工学院能源计划资助了这项研究。