天然气水合物孔底冷冻取样方法的室内试验及传热数值模拟研究

【摘要】： 本文通过深入研究天然气水合物的性质,建立天然气水合物孔底冷冻取样方法的理论基础,并通过室内冷冻模拟试验确定合理的冷冻方式,进而设计出天然气水合物孔底冷冻取样器样机,为天然气水合物钻探取样技术提供新的设计思路和技术方法。 首先,对天然气水合物的热物理性质、温压特性及水合物钻进取样过程三个方面进行较系统的分析总结,理论上证明天然气水合物孔底冷冻取样方法是可行的。 接着,建立了天然气水合物模拟冷冻试验装置,进行室内冷冻模拟试验研究,为选择合理的冷冻剂和冷冻方式提供了条件。采用不同含冰率的细砂样和黄土样进行冷冻试验,得出了干冰为冷冻剂,酒精作为助冷催化剂和载冷剂的最佳冷冻方式。 还以冷冻试验得到的最佳冷冻方式为基本设计原则,设计了天然气水合物孔底冷冻取样器样机,并通过取样器冷冻取样试验得到了冷冻状黄土样。 最后,通过数值传热方法分析天然气水合物冷冻岩样传热过程,建立冷冻岩样数值传热模型,并通过计算机手段模拟冷冻岩样传热过程,将模拟结果与冷冻试验结果进行对比分析,验证模拟的可靠性,借助准确的模型对实际水合物地层冷冻取样时岩心的冷冻传热过程进行分析。本文的研究为天然气水合物取样器的设计提供了新的思路,对天然气水合物的勘探和开发有一定的借鉴作用。 【关键词】：天然气水合物 冷冻取样 模拟试验 取样器 数值传热模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 提要4-7
• 1 绪论7-24
• 1.1 本文研究的目的及意义7-8
• 1.2 天然气水合物的一般特征8-15
• 1.3 天然气水合物保真取样器的研究现状15-22
• 1.4 研究的主要内容22-24
• 2 天然气水合物孔底冷冻取样方法的可行性分析24-35
• 2.1 天然气水合物热物理性质分析24-27
• 2.2 天然气水合物温压特性分析27-30
• 2.3 天然气水合物钻进取心过程分析30-34
• 本章小结34-35
• 3 室内冷冻模拟试验研究35-59
• 3.1 试验的目的和意义35
• 3.2 试验装置设计35-45
• 3.3 试验方案设计45-48
• 3.4 试验结果及分析48-58
• 本章小结58-59
• 4 孔底冷冻取样器样机研制59-80
• 4.1 孔底冷冻取样器的总体结构设计59-62
• 4.2 单动机构设计62-63
• 4.3 控制机构设计63-67
• 4.4 冷冻机构设计67-71
• 4.5 室内试验71-78
• 4.6 取样器改进意见78-79
• 本章小结79-80
• 5 天然气水合物冷冻岩样传热数值模拟80-120
• 5.1 数值传热学概述80-83
• 5.2 冷冻岩样数值传热模型建立83-92
• 5.3 室内冷冻试样温度数值模拟92-103
• 5.4 冷冻能量模拟分析103-115
• 5.5 孔底冷冻水合物岩心温度和能量模拟分析115-118
• 本章小结118-120
• 6 结论与展望120-124
• 6.1 结论120-122
• 6.2 论文创新点122
• 6.3 展望122-124
• 参考文献124-129
• 摘要129-132
• Abstract132-137
• 攻读博士期间发表的论文及其它成果137-139
• 致 谢139

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