天然气水合物降压开采实验和数值模拟研究

论文摘要

天然气水合物是储量丰富、优质洁净的新型能源,其开采技术的研究具有重要的理论和实践意义。利用天然气水合物开采实验模拟系统进行了填砂管模型中天然气水合物的合成及降压开采实验研究,分析了天然气水合物合成过程中甲烷气体的转化;分析了开采过程中的产气和产水规律、压差变化规律以及压差对天然气水合物分解的影响;研究了降压幅度和初始开采温度对降压开采效果的影响。在此基础上,利用天然气水合物降压开采数学模型,对天然气水合物降压开采实验数据进行了拟合,并分析了渗透率、初始开采温度、水合物饱和度、出口压力等因素对天然气水合物降压开采效果的影响。研究表明:天然气水合物的合成过程中,甲烷气体的转化要经过缓慢增大、快速增大、快速减小三个阶段;天然气水合物的降压开采受到水合物分解和产出的双重控制,瞬时产气量波动很大,产气速度较高且主要受压降幅度和温度的影响,产水速度小且维持在较稳定的水平。渗透率、初始开采温度、水合物饱和度、出口压力等因素是影响天然气水合物分解的重要参数。渗透率、初始开采温度、水合物饱和度的数值越大,生产时间也越短;出口端压力越低,瞬时产量的峰值越大。以上研究为天然气水合物的降压开采提供了理论和实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题的来源及选题的依据
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 课题研究目标、研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 课题拟采取的技术路线
• 第二章 天然气水合物降压开采的研究概况
• 2.1 国外研究现状分析
• 2.1.1 实验模拟研究
• 2.1.2 数值模拟研究
• 2.2 国内研究现状分析
• 2.3 天然气水合物的热力学性质
• 2.4 天然气水合物的动力学性质
• 2.5 小结
• 第三章 天然气水合物降压开采实验研究
• 3.1 实验材料与仪器
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验准备
• 3.2.2 天然气水合物的合成
• 3.2.3 天然气水合物降压开采步骤
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 压差分析
• 3.3.2 产气量分析
• 3.3.3 产水量分析
• 3.3.4 综合对比分析
• 3.3.5 气体转化的计算与分析
• 3.4 小结
• 第四章 天然气水合物降压开采的数学模型
• 4.1 模型假设条件
• 4.2 数学模型
• 4.2.1 渗流方程
• 4.2.2 能量守恒方程
• 4.2.3 水合物分解项的处理
• 4.2.4 状态方程
• 4.2.5 辅助方程及边界条件
• 4.3 数学模型求解
• 4.3.1 隐式求解压力
• 4.3.2 显式求解饱和度
• 4.3.3 能量守恒差分方程的建立
• 4.4 小结
• 第五章 天然气水合物降压开采的数值模拟及其拟合
• 5.1 数值模拟软件
• 5.2 降压开采数据拟合
• 5.3 天然气水合物降压开采影响因素分析
• 5.3.1 渗透率的影响
• 5.3.2 初始开采温度的影响
• 5.3.3 水合物饱和度的影响
• 5.3.4 出口压力的影响
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢