天然氣水合物降壓開(kāi)采數(shù)值模擬研究

【摘要】： 面對(duì)著能源短缺和環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題，尋求高效、潔凈能源成為人類(lèi)的唯一出路。由于天然氣水合物資源在全球分布極廣，而且數(shù)量巨大，被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具開(kāi)發(fā)前景的能源。因此，開(kāi)展天然氣水合物開(kāi)采的研究具有非常重要的意義。 天然氣水合物的開(kāi)采主要有加熱法，降壓法和注入劑法，其中降壓法被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的開(kāi)采方法，但是降壓法的開(kāi)采效率如何以及開(kāi)采過(guò)程中可能遇到的一些問(wèn)題還沒(méi)有得到深入的研究。 為了研究天然氣水合物降壓開(kāi)采，本文主要做了如下工作： 1．詳細(xì)研究國(guó)內(nèi)外天然氣水合物降壓開(kāi)采模型，比較各種模型的特點(diǎn)以及局限性，為建立更為完善、真實(shí)的天然氣水合物開(kāi)采模型打下基礎(chǔ)。 2．考慮天然氣水合物分解熱力學(xué)，分解動(dòng)力學(xué)，分解過(guò)程中氣體和水的流動(dòng)以及傳熱等等因素，建立天然氣水合物降壓開(kāi)采二維數(shù)學(xué)模型。 3．油氣開(kāi)采過(guò)程中，壓力分布與半徑成對(duì)數(shù)關(guān)系，為了提高精度，徑向采用非均勻網(wǎng)格，垂向采用均勻網(wǎng)格，空間采用中心差分，時(shí)間采用向后差分得到天然氣水合物開(kāi)采模型的差分格式，采取隱式(Gauss—Seidel塊迭代)求解壓力，接著采用顯式求解飽和度，最后隱式(Gauss—Seidel塊迭代)求解溫度。 4．通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)室尺度天然氣水合物降壓分解發(fā)現(xiàn)，出口壓力越低，天然氣水合物分解越快，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)氣量越大，分解停止時(shí)的地層溫度也越低。初始溫度高，分解越快，產(chǎn)氣量也越大，但是分解停止時(shí)地層溫度相同。最終天然氣水合物都沒(méi)有完全分解。 5．通過(guò)研究室外尺度天然氣水合物降壓分解發(fā)現(xiàn)，出口處的天然氣水合物完全分解，但是儲(chǔ)層內(nèi)部仍有大量水合物未分解。分解速度隨初始溫度升高而加快，隨出口壓力升高而降低。但是地層溫度接近天然氣水合物的相平衡溫度時(shí)仍有大量天然氣水合物沒(méi)有分解。 6．無(wú)論何種尺度，出口壓力和初始溫度都是影響天然氣水合物分解的重要因素。 7．由于單獨(dú)采用降壓法不能實(shí)現(xiàn)天然氣水合物完全分解，因此本文首次提出了用太陽(yáng)能加熱開(kāi)采天然氣水合物的方法，并給出了開(kāi)采裝置示意圖，詳細(xì)描述了開(kāi)采流程。 8．通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)值模型對(duì)采用太陽(yáng)能加熱開(kāi)采天然氣水合物的方法可行性進(jìn)行論證，結(jié)果顯示采用太陽(yáng)能加熱能夠提供足夠能量。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物 降壓分解 數(shù)值模擬 太陽(yáng)能
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：P744.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 天然氣水合物性質(zhì)9-11
• 1.3 天然氣水合物研究歷史及現(xiàn)狀11-14
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容14-17
• 2. 天然氣水合物降壓分解模型17-37
• 2.1 天然氣水合物開(kāi)采17-18
• 2.2 天然氣水合物分解動(dòng)力學(xué)18-21
• 2.3 天然氣水合物降壓分解模型21-24
• 2.3.1 初始條件23-24
• 2.3.2 邊界條件24
• 2.4 模型主要參數(shù)24-26
• 2.4.1 密度24
• 2.4.2 滲透率24-25
• 2.4.3 粘度25
• 2.4.4 毛細(xì)管壓力25-26
• 2.5 模型離散26-31
• 2.6 代數(shù)方程求解31-34
• 2.7 小結(jié)34-37
• 3. 天然氣水合物開(kāi)采實(shí)例模擬37-59
• 3.1 實(shí)驗(yàn)室尺度模擬37-47
• 3.1.1 出口壓力的影響41-44
• 3.1.2 儲(chǔ)層溫度的影響44-47
• 3.2 室外尺度模擬47-57
• 3.2.1 出口壓力的影響51-54
• 3.2.2 儲(chǔ)層溫度的影響54-57
• 3.3 小結(jié)57-59
• 4. 太陽(yáng)能加熱開(kāi)采天然氣水合物59-67
• 4.1 太陽(yáng)能加熱開(kāi)采59-61
• 4.2 太陽(yáng)能加熱開(kāi)采的相關(guān)計(jì)算61-64
• 4.2.1 模型建立61-62
• 4.2.2 模型離散62-63
• 4.2.3 模型求解63-64
• 4.3 計(jì)算結(jié)果64-65
• 4.4 小結(jié)65-67
• 5. 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況73-74
• 致謝74-75

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