天然气水合物开采模拟实验方法研究

摘要

天然气水合物被认为是一种未来的优质、洁净能源，其蕴藏量约为现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)总碳量的2倍。天然气水合物作为一种潜在的能源具有广阔的前景和发展空间，对缓解人类面临的能源枯竭危机具有举足轻重的作用，因此，开发和利用天然气水合物资源势在必行。 本文首先详细介绍了天然气水合物的结构、形成条件、资源分布、热动力学性质和研究历程以及研究趋势，然后介绍了国内外天然气水合物模拟实验方法的研究现状，最后设计了一套拥有自主知识产权、使用方便、测试数据准确可靠的“天然气水合物开采模拟实验装置”。 本文详细介绍了“天然气水合物开采模拟实验装置”的模拟实验测试原理、系统流程、测试参数技术指标的设计以及几个重要模块的设计；详细介绍了“天然气水合物开采模拟实验装置”的软件设计，包括软件的总体设计和主要功能模块的介绍；并通过实验中采集的图像和实验数据，说明了本套装置的实用性和优越性。 本课题设计的“天然气水合物开采模拟实验装置”，在以下几方面体现了创新性： (1)在压力控制方面，使用增量式PID算法，采用单片机、步进电机和高压截止阀，搭建了一套压力控制系统，为压力控制提供了一种新的方法。 (2)反应釜采用不锈钢材料制作，采用高强度玻璃钢开设两个相对的观察窗，利用光纤在窗口给定平行光源，摄像头在窗口记录水合物生成和分解的全过程。 (3)在低温储罐内部，安装有12个温度探头，均匀地分布在储罐内的一个平面上，该平面还可以上下调节，从而监测水合物模拟开采过程中，低温储罐内任一个温度场内的温度变化。 “天然气水合物开采模拟实验装置”是一套有着自主知识产权、技术含量较高、数据采集准确、图象采集清晰的天然气水合物模拟实验研究装置。通过这套装置，可以对天然气水合物的生成过程、分解过程中的压力、温度、图象等进行详尽地采集、记录，对于研究水合物的生成、分解和开采提供技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1课题研究的意义

1.2.国内外研究现状及趋势

1.3技术路线

1.4本文的组织

第2章天然气水合物简介

2.1天然气水合物概况

2.1.1天然气水合物的基本概念

2.1.2天然气水合物的结构形态

2.1.3天然气水合物的形成条件

2.1.4天然气水合物的环境效应

2.2天然气水合物的性质

2.2.1天然气水合物的热力学性质

2.2.2天然气水合物的动力学性质

2.3研究历程及发展趋势

2.3.1研究历程

2.3.2发展趋势

2.4天然气水合物开采方法及模型

第3章天然气水合物开采模拟实验装置系统设计

3.1设计目标

3.2设计技术指标

3.3系统设计

3.3.1系统流程图

3.3.2系统组成

3.4高压容器的设计

3.4.1中间容器的设计

3.4.2反应釜的设计

3.4.3低温储罐的设计

3.5压力控制

3.6数据采集及电气单元

3.7系统的实现

第4章天然气水合物开采模拟实验装置的软件设计

4.1软件总体设计

4.1.1结构框图

4.1.2软件的功能特点

4.2功能模块介绍

4.2.1实验测试模块

4.2.2数据库管理模块

4.2.3压力控制模块

第5章实验测试与数据分析

5.1实验目的

5.2实验准备

5.3实验步骤

5.3.1水合物生成实验

5.3.2水合物开采模拟实验

5.4实验结果

5.4.1水合物生成过程中的图像采集

5.4.2水合物开采模拟实验数据

第6章创新点与结论

6.1创新点

6.2结论

参考文献

攻读工程硕士学位期间取得的学术成果

致谢