多孔介质中天然气水合物降压分解特性研究

【摘要】：天然气水合物是一种固态的、非化学计量的、束缚有气体分子的笼型冰状晶体化合物,主要分布于冻土与海洋沉积物中的高压低温区域,其巨大的储量被认为是未来潜在能源。鉴于目前不同水合物储藏开采的可行性以及经济性问题,降压开采被认为是水合物三种开采方法中最有效率的,且可以联合其他开采技术同时使用,因此研究沉积物中水合物降压开采过程的分解特性对于水合物储藏的利用具有重大意义。本文实验研究了产气压力和多孔介质导热系数对甲烷水合物降压分解特性的影响,分析了水合物二次生成和结冰现象的诱因,最后从储层显热和外围传热两方面讨论了传热因素对水合物降压分解的影响。研究表明,产气压力的降低以及储层导热系数的增大能够有效提高水合物的分解速率,水合物的整个降压产气过程可以分为三个阶段：自由气的排出、储层显热的消耗、以及外围传热驱动下的水合物分解阶段。第一阶段,储层中自由气开始产出,但甲烷水合物仍未分解；第二阶段,储层中水合物沿着相平衡线整体同时分解,水合物分解所需热量主要来自储层显热,而在第三阶段,储层压力降至产气压力,水合物分解则转变为外围传热作用下的由外向内分解。由于储层显热和外围传热的不足,水合物二次生成和结冰现象常出现在储层内部靠近产气井的区域,但在高导热系数储层中并未发生。此外,本文还引入了斯特藩数(Ste)和水合物分解速率常数(Kd)来研究储层显热和外围传热的对水合物降压分解的影响,结果表明两个传热因素是水合物降压分解的主要驱动力,但两者大小均取决于水合物储层的产气压力。同时,本文还建立了水合物降压分解的数值模型,在Darcy定律中考虑了重力项对气水两相渗流速度的影响,通过与本文实验结果的对比,验证了该模型的准确性,并分析了降压产气过程中储层压力、温度以及水合物饱和度的分布。研究表明,外部传热主要经储层侧面和下盖层传入储层内部,并证明了水合物由初期的空间整体分解转变为外部传热主导的由外向内分解的过程。 【关键词】：天然气水合物 分解特性 降压 传热 多孔介质
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE311
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 天然气水合物基本概念9-10
• 1.2 天然气水合物的赋存和分布特征10-13
• 1.3 天然气水合物开采研究进展13-16
• 1.3.1 天然气水合物开采技术研究13-14
• 1.3.2 天然气水合物实际储藏的开采进展14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 2 天然气水合物降压过程产气特性研究17-30
• 2.1 实验装置与材料18-21
• 2.1.1 实验装置18-21
• 2.1.2 实验材料21
• 2.2 实验方法与步骤21-24
• 2.2.1 水合物降压分解实验过程21-22
• 2.2.2 水合物饱和度的计算22-24
• 2.3 结冰和二次生成对水合物降压分解的影响24-29
• 2.3.1 甲烷水合物的生成特性25
• 2.3.2 降压产气过程中压力变化25-26
• 2.3.3 降压产气过程中温度特征26-27
• 2.3.4 产气速率与累计产气量27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 天然气水合物降压分解过程传热分析30-44
• 3.1 实验装置、材料与方法31-32
• 3.2 不同导热系数水合物储层降压分解特性32-36
• 3.2.1 降压分解过程压力变化33
• 3.2.2 降压分解过程温度变化33-35
• 3.2.3 降压分解过程产气特征35-36
• 3.3 传热因素对水合物降压分解特性的影响36-42
• 3.3.1 水合物降压过程在相平衡曲线上的表现特征36-38
• 3.3.2 储层显热对水合物降压分解的影响38-40
• 3.3.3 外围传热对水合物降压分解的影响40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 天然气水合物降压分解特性模拟研究44-58
• 4.1 天然气水合物降压分解的模型构建45-49
• 4.1.1 水合物储层的物理模型与假设45-46
• 4.1.2 水合物降压分解过程的控制方程46-49
• 4.1.3 初始条件与边界设置49
• 4.2 水合物降压分解模型的验证分析49-51
• 4.3 天然气水合物降压分解特性模拟分析51-57
• 4.3.1 模拟与实验结果对比52-54
• 4.3.2 水合物分解过程储层压力、温度分布54-56
• 4.3.3 水合物分解过程储层水合物饱和度分布56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66

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