新型天然气水合物保真筒保压特性研究

【摘要】：随着经济的发展和人民生活水平的提高,煤炭、石油等不可再生能源的消耗逐步增大,深海天然气水合物作为一种储量巨大的清洁能源成为世界应对能源危机的一个重要方向。我国现有的天然气水合物采样器由于海地质软硬、加工成本、船载能力等因素,可取芯长度有限,无法满足南海的勘探需要。本文所提的新型采样器以及设计的专用的气垫式保真筒可望在满足保压要求的前提下,实现深海天然气水合物的大深度取芯。 本文共分七章进行介绍： 第一章主要介绍了天然气水合物的资源背景和国内外深海天然气水合物采样设备的发展现状,并在此基础上提出了本文的研究意义、研究目的和研究的内容; 第二章提出一种新型的天然气水合物钻机,并对钻机各部分的组成结构进行介绍描述,同时对该设备实现深海天然气水合物的大深度保真取样的工作原理进行了说明； 第三章介绍了本文研究的重点,新型天然气水合物钻机的专用保真设备——气垫式保真筒,详细描述了气垫式保真筒的保压原理和筒体各部分结构的尺寸设计; 第四章针对气垫式保真筒的保压性能进行了理论研究和实验验证,其中理论研究主要包括样品自身体积变化对保真筒保压性能的影响分析,和气垫式保真筒采样终了压降模型的建立及仿真。模拟采样实况进行试验验证,结果表明理论分析具有准确性； 第五章对影响气垫式保真筒保压性能的主要工作参数：预充压力Ppre,结构参数：气腔长度hg、筒体长度h、筒体内径d、和筒体壁厚δ进行仿真分析,由分析结果知,Ppre、hg、δ与采样终了压降值负相关,且对其影响较大,h和di与采样终了压降值正相关,对其影响较小； 第六章以气垫式保真筒的效率质量比的极大化和采样终了筒内压降的极小化作为优化目标,对气垫式保真筒的结构参数和工作参数进行优化,进行参数优化后的气垫式保真筒效率质量比较初始设计提高12.9%,同时实现完全保压,总体来说,优化效果明显； 第七章总结全文,阐述本文的研究成果,提出下一步的研究方向。 【关键词】：深海 水合物 采样保真筒 保压特性 仿真 优化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P634.3;P742
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1. 绪论11-20
• 1.1. 研究背景及意义11-12
• 1.2. 深海保真采样设备的发展现状12-17
• 1.2.1. 国外深海保真采样设备发展现状13-15
• 1.2.2. 国内深海保压采样设备发展现状15-17
• 1.3. 课题的研究目的和意义17-18
• 1.3.1. 研究目的17
• 1.3.2. 课题意义17-18
• 1.4. 课题主要研究内容18-20
• 2. 新型深水天然气水合物专用钻机介绍20-26
• 2.1. 钻机介绍20-22
• 2.2. 采样保压过程22-26
• 2.2.1. 采样保压设备22-24
• 2.2.2. 大深度采样保压原理24-26
• 3. 气垫式保真筒设计26-33
• 3.1. 结构及原理介绍26-27
• 3.2. 主要材料的选择27
• 3.3. 尺寸设计及计算27-33
• 3.3.1 壁厚设计28-30
• 3.3.2. 端盖(堵头)设计30
• 3.3.3. 活塞厚度设计30-31
• 3.3.4. 筒内凸台设计31-33
• 4. 气垫式保真筒保压性能研究33-50
• 4.1. 参数设置33
• 4.2. 样品自身体积变化影响分析33-41
• 4.2.1. 不考虑样品自身体积变化时的压降34-35
• 4.2.2. 考虑样品自身体积变化时的压降35-39
• 4.2.3. 样品自身体积变化影响分析39-41
• 4.3. 气垫式保真筒保压性能分析41-44
• 4.3.1. 气垫式保真筒压降模型建立41-43
• 4.3.2. 气垫式保真筒采样终了压降求解43-44
• 4.4. 气垫式保真筒保压性能的实验研究44-50
• 4.4.1 试验目的和任务44
• 4.4.2 试验系统44-46
• 4.4.3 试验步骤46-48
• 4.4.4. 试验结果分析48-50
• 5. 气垫式保真筒保压性能影响因素分析50-58
• 5.1. 预充压力P_(pre)影响分析50-53
• 5.2. 气腔长度h_g影响分析53-54
• 5.3 筒体长度h影响分析54-55
• 5.4. 筒体内径d_i影响分析55-56
• 5.5. 筒体壁厚δ影响分析56-57
• 5.6. 影响因素分析结论57-58
• 6. 气垫式保真筒结构参数优化58-68
• 6.1. 优化模型的建立58-61
• 6.2. 预充压力P_(pre)优化61-62
• 6.3. 气腔长度h_g、保真筒筒体长度h、壁厚δ的优化62-68
• 6.3.1 气腔长度h_g分析62-63
• 6.3.2 保真筒筒体长度h、壁厚δ的优化63-66
• 6.3.3. 优化结果66-68
• 7. 总结与展望68-71
• 7.1. 全文总结68-70
• 7.2. 论文创新点70
• 7.3. 工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 作者简介74

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