含水合物多孔介质渗流特性及水合物分解模拟研究

摘要

天然气水合物作为一种储量丰富、能量密度高、燃烧清洁的潜在能源被越来越多的国家所关注，目前世界上有许多国家都已经展开对天然气水合物的研究，其中包括天然气水合物开采技术的研究以及水合物应用技术的研究等，并且已经取得了巨大的进展。
　　天然气水合物在自然界中主要储藏在海底沉积层及永久冻土带，复杂的地质环境给水合物的开采造成了严重的困难。水合物的开采是一个复杂的过程，影响因素众多，且分解过程中气、水两相流动会极大的影响水合物的分解过程，本文通过数值模拟方法，研究了天然气水合物在多孔介质中的分解过程，以渗流力学理论和孔隙网络模型为基础，从微观层次出发，得出以下研究结论:
　　建立了三维立方体孔隙网络模型，研究了水合物饱和度、孔径分布对水合物相平衡的影响，采用达西定律作为研究的理论基础，模拟了多孔介质中水合物生成位置不同时导致的渗透率变化，研究结果表明，无论水合物是生成于中心还是生成于壁面，渗透率都随水合物饱和度的增加而减小，并且生成于中心时渗透率的减小幅度大于生成于壁面时。
　　同时研究了不同的孔隙率，不同的水合物饱和度条件以及水合物在孔隙中不同的位置生成时气、水两相相对渗透率的变化。当水合物生成位置是孔隙壁面时，两相相对渗透率下降较慢，而水合物生成位置是孔隙中心时，渗透率下降较快，且在壁面生成时的两相渗透率等渗点高于中心生成时，同时发现水合物无论在中心还是在壁面生成，气、液两相渗透率都不随孔隙率及水合物饱和度的变化而变化。
　　对微观尺度下多孔介质中天然气水合物分解特性进行了影响因素敏感性分析，结果表明，水合物分解速度常数、多孔介质孔隙率、初始温度、出口压力、初始饱和度等均会影响多孔介质中天然气水合物分解速率，而多孔介质孔径分布对分解速率影响不大。
　　本文通过数值模拟的方法研究了多孔介质中水合物饱和度与渗透率之间的关系及水合物分解特性，对于正确的进行天然气水合物开采评价具有重要的借鉴意义，为水合物开采方法及开采技术的确定提供理论支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 天然气水合物介绍

1．2．1 气体水合物

1．2．2 天然气水合物的分布与形成

1．2．3 天然气水合物的研究历史及研究现状

1．3 天然气水合物沉积层渗流特性研究进展

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 渗透率模型介绍

1．4 天然气水合物分解研究进展

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

第二章 孔隙网络渗流模型的建立

2．1 孔隙网络模型介绍

2．2 孔隙网络空间的参数

2．3 孔隙喉道的几何特征

2．4 孔隙喉道的分布特征

2．5 模型的建立

2．6 孔隙网络模型模拟流体流动

2．7 本章小结

第三章 天然气水合物沉积层渗流特性模拟研究

3．1 绝对渗透率研究

3．2 两相流相对渗透率研究

3．3 模拟计算及讨论

3．3．1 模型收敛性研究

3．3．2 相平衡偏移

3．3．3 单相流模拟

3．3．4 两相流模拟

3．4 毛细管压力

3．5 本章小结

第四章 天然气水合物分解模拟研究

4．1 水合物生成分解动力学

4．2 水合物分解模拟研究

4．3 模拟结果及讨论

4．3．1 本征反应常数对水合物分解的影响

4．3．2 初始温度对水合物分解的影响

4．3．3 孔隙率对水合物分解的影响

4．3．4 孔径分布对水合物分解的影响

4．3．5 出口压力对水合物分解的影响

4．3．6 水合物饱和度对水合物分解的影响

4．3．7 初始水饱和度对水合物分解的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文