天然氣水合物注熱開采數(shù)值模擬研究

【摘要】： 天然氣水合物資源量巨大、潔凈、能量效率高,因而被認(rèn)為是一種重要的未來能源。目前,在天然氣水合物的基礎(chǔ)理論方面已比較成熟,但是數(shù)值模擬方面,國內(nèi)還沒有比較完善的天然氣水合物注熱開采數(shù)值模擬軟件。 本文在調(diào)研國內(nèi)外天然氣水合物開采數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立了三維三相(氣相、液相、水合物相)五組分(自由甲烷氣、分解甲烷氣、水、水合物和鹽)的水合物注熱開采數(shù)學(xué)模型。模型中包含:各組分質(zhì)量守恒方程,能量守恒方程,水合物分解動(dòng)力學(xué)方程;考慮了氣水兩相滲流過程、熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、以及水合物層與蓋底層的熱交換的影響。 在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,研制了一套適用于水合物注熱開采的數(shù)值模擬軟件;利用研制的水合物注熱開采模擬軟件對(duì)天然氣水合物注熱開采的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和Mallik三角洲的開采實(shí)例進(jìn)行擬合分析,驗(yàn)證了模擬軟件的準(zhǔn)確性。利用該軟件,對(duì)純天然氣水合物藏和有下覆氣層水合物藏作了降壓開采效果的對(duì)比,分析了井的產(chǎn)氣規(guī)律、地層壓力、溫度分布規(guī)律和水合物飽和度分布規(guī)律;對(duì)有下覆水層的水合物藏進(jìn)行了降壓和不同的注熱水條件的開采效果評(píng)價(jià)。計(jì)算結(jié)果表明:1)有下覆氣層的水合物藏比沒有下覆氣/水層的水合物藏開采效果好,離下覆氣層越近的水合物層中的水合物分解得越快。2)注入溫度,注入量,生產(chǎn)井井底流壓在產(chǎn)氣過程中起著重要作用。①若生產(chǎn)井井底流壓很高并且注水井注水溫度高,則注熱水比單純的降壓效果好;如果生產(chǎn)井的井底流壓可以保持很低或者注入溫度不高,則單獨(dú)的降壓效果要好。②采用注熱水開采時(shí),產(chǎn)氣量隨著注水溫度的升高而增大。③注水溫度較高時(shí),產(chǎn)氣量隨著注水量的增加而增大,④注水溫度不高時(shí),產(chǎn)氣量隨著注水量的增加而減少。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物 注熱開采 數(shù)學(xué)模型 數(shù)值模擬 注熱降壓效果對(duì)比
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：P744.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 課題的來源及研究意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究概況及現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 研究目標(biāo)13
• 1.4 研究內(nèi)容13
• 1.5 技術(shù)路線及技術(shù)關(guān)鍵13-14
• 第二章 天然氣水合物研究概況14-18
• 2.1 天然氣水合物簡介14-15
• 2.1.1 基本概念14
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)形態(tài)14-15
• 2.1.3 形成條件及物質(zhì)來源15
• 2.2 勘探及開采方法15-17
• 2.2.1 勘探方法15-16
• 2.2.2 開采方法16-17
• 2.3 本章小結(jié)17-18
• 第三章 天然氣水合物注熱開采數(shù)學(xué)模型18-34
• 3.1 模型假設(shè)條件18
• 3.2 天然氣水合物注熱開采數(shù)學(xué)模型18-28
• 3.2.1 組分質(zhì)量守恒方程18-22
• 3.2.2 能量守恒方程22-26
• 3.2.3 水合物分解動(dòng)力學(xué)方程26
• 3.2.4 天然氣水合物生成動(dòng)力學(xué)方程26-27
• 3.2.5 輔助方程27
• 3.2.6 初始條件27-28
• 3.2.7 邊界條件28
• 3.3 水合物藏物性參數(shù)描述28-32
• 3.3.1 相對(duì)滲透率及毛管力28-29
• 3.3.2 水合物層的滲透率29-30
• 3.3.3 水合物的相平衡關(guān)系30-32
• 3.3.4 水合物相變吸熱32
• 3.3.5 鹽及甲烷氣的擴(kuò)散系數(shù)32
• 3.4 本章小結(jié)32-34
• 第四章 天然氣水合物注熱開采數(shù)值模型34-52
• 4.1 質(zhì)量守恒方程的差分離散34-43
• 4.1.1 各組分質(zhì)量守恒方程的組合和簡化34-35
• 4.1.2 隱式求解壓力35-40
• 4.1.3 顯式求解飽和度40-41
• 4.1.4 鹽的濃度以及氣體的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)41-42
• 4.1.5 井的產(chǎn)量項(xiàng)計(jì)算42-43
• 4.2 天然氣水合物分解動(dòng)力學(xué)方程的差分離散43
• 4.3 能量守恒方程的差分離散43-47
• 4.4 網(wǎng)格塊間參數(shù)及邊界條件的處理47-49
• 4.4.1 網(wǎng)格塊間參數(shù)的處理47-48
• 4.4.2 邊界條件的處理48-49
• 4.5 編程思路及程序框圖49-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 第五章 天然氣水合物藏開采數(shù)值模擬軟件簡介52-57
• 5.1 NGH 數(shù)值模擬軟件概述52-53
• 5.2 參數(shù)輸入及結(jié)果輸出53-56
• 5.2.1 地質(zhì)參數(shù)53-54
• 5.2.2 巖石和流體高壓物性參數(shù)54
• 5.2.3 水合物物性參數(shù)54
• 5.2.4 初始參數(shù)54-55
• 5.2.5 控制參數(shù)55
• 5.2.6 井的相關(guān)參數(shù)55-56
• 5.2.7 模擬計(jì)算結(jié)果56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第六章 天然氣水合物注熱實(shí)驗(yàn)及開采實(shí)例擬合57-63
• 6.1 注熱開采室內(nèi)實(shí)驗(yàn)擬合57-60
• 6.1.1 注熱開采實(shí)驗(yàn)裝置、材料及方法57-58
• 6.1.2 注熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合58-60
• 6.2 加拿大 Mallik NGH 藏開采試驗(yàn)擬合60-62
• 6.3 本章小結(jié)62-63
• 第七章 不同類型NGH藏開采的數(shù)值模擬計(jì)算63-80
• 7.1 無下覆氣/水層的水合物藏63-71
• 7.1.1 模型參數(shù)63-64
• 7.1.2 計(jì)算結(jié)果分析64-71
• 7.2 有下覆氣層的水合物藏71-74
• 7.2.1 模型參數(shù)71-72
• 7.2.2 計(jì)算結(jié)果分析72-74
• 7.3 有下覆水層的水合物藏74-78
• 7.3.1 模型參數(shù)74
• 7.3.2 計(jì)算結(jié)果分析74-76
• 7.3.3 計(jì)算結(jié)果平面圖76-78
• 7.4 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85

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