天然气水合物降压开采数值模拟研究

【摘要】： 面对着能源短缺和环境恶化等一系列问题，寻求高效、洁净能源成为人类的唯一出路。由于天然气水合物资源在全球分布极广，而且数量巨大，被公认为是21世纪最具开发前景的能源。因此，开展天然气水合物开采的研究具有非常重要的意义。 天然气水合物的开采主要有加热法，降压法和注入剂法，其中降压法被认为是最经济的开采方法，但是降压法的开采效率如何以及开采过程中可能遇到的一些问题还没有得到深入的研究。 为了研究天然气水合物降压开采，本文主要做了如下工作： 1．详细研究国内外天然气水合物降压开采模型，比较各种模型的特点以及局限性，为建立更为完善、真实的天然气水合物开采模型打下基础。 2．考虑天然气水合物分解热力学，分解动力学，分解过程中气体和水的流动以及传热等等因素，建立天然气水合物降压开采二维数学模型。 3．油气开采过程中，压力分布与半径成对数关系，为了提高精度，径向采用非均匀网格，垂向采用均匀网格，空间采用中心差分，时间采用向后差分得到天然气水合物开采模型的差分格式，采取隐式(Gauss—Seidel块迭代)求解压力，接着采用显式求解饱和度，最后隐式(Gauss—Seidel块迭代)求解温度。 4．通过研究实验室尺度天然气水合物降压分解发现，出口压力越低，天然气水合物分解越快，持续时间越长，产气量越大，分解停止时的地层温度也越低。初始温度高，分解越快，产气量也越大，但是分解停止时地层温度相同。最终天然气水合物都没有完全分解。 5．通过研究室外尺度天然气水合物降压分解发现，出口处的天然气水合物完全分解，但是储层内部仍有大量水合物未分解。分解速度随初始温度升高而加快，随出口压力升高而降低。但是地层温度接近天然气水合物的相平衡温度时仍有大量天然气水合物没有分解。 6．无论何种尺度，出口压力和初始温度都是影响天然气水合物分解的重要因素。 7．由于单独采用降压法不能实现天然气水合物完全分解，因此本文首次提出了用太阳能加热开采天然气水合物的方法，并给出了开采装置示意图，详细描述了开采流程。 8．通过简单的数值模型对采用太阳能加热开采天然气水合物的方法可行性进行论证，结果显示采用太阳能加热能够提供足够能量。 【关键词】：天然气水合物 降压分解 数值模拟 太阳能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 天然气水合物性质9-11
• 1.3 天然气水合物研究历史及现状11-14
• 1.4 本文研究内容14-17
• 2. 天然气水合物降压分解模型17-37
• 2.1 天然气水合物开采17-18
• 2.2 天然气水合物分解动力学18-21
• 2.3 天然气水合物降压分解模型21-24
• 2.3.1 初始条件23-24
• 2.3.2 边界条件24
• 2.4 模型主要参数24-26
• 2.4.1 密度24
• 2.4.2 渗透率24-25
• 2.4.3 粘度25
• 2.4.4 毛细管压力25-26
• 2.5 模型离散26-31
• 2.6 代数方程求解31-34
• 2.7 小结34-37
• 3. 天然气水合物开采实例模拟37-59
• 3.1 实验室尺度模拟37-47
• 3.1.1 出口压力的影响41-44
• 3.1.2 储层温度的影响44-47
• 3.2 室外尺度模拟47-57
• 3.2.1 出口压力的影响51-54
• 3.2.2 储层温度的影响54-57
• 3.3 小结57-59
• 4. 太阳能加热开采天然气水合物59-67
• 4.1 太阳能加热开采59-61
• 4.2 太阳能加热开采的相关计算61-64
• 4.2.1 模型建立61-62
• 4.2.2 模型离散62-63
• 4.2.3 模型求解63-64
• 4.3 计算结果64-65
• 4.4 小结65-67
• 5. 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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