【摘 要】
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当今世界随着能源需求量的不断增加,全球所面临的能源短缺、环境污染等问题日益显现出来,推动能源转型是当下最好的选择。天然气水合物作为一种高效、节能、环保的新型能源一直备受能源界的关注,其潜在开发价值不可忽视。降压法作为开采方法的一种,因其开采设备简单,无需额外输入能量、成本低的特点而被广泛应用,因此开展天然气水合物降压分解实验和数值模拟研究对未来实现商业化大规模开采具有重要指导意义。本文以自主搭建的
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当今世界随着能源需求量的不断增加,全球所面临的能源短缺、环境污染等问题日益显现出来,推动能源转型是当下最好的选择。天然气水合物作为一种高效、节能、环保的新型能源一直备受能源界的关注,其潜在开发价值不可忽视。降压法作为开采方法的一种,因其开采设备简单,无需额外输入能量、成本低的特点而被广泛应用,因此开展天然气水合物降压分解实验和数值模拟研究对未来实现商业化大规模开采具有重要指导意义。本文以自主搭建的天然气水合物实验系统为研究对象进行气饱和甲烷水合物的降压分解实验和数值模拟研究。首先对三个井口压力下甲烷水合物降压分解行为进行实验研究,系统分析实验室条件下气饱和甲烷水合物降压分解过程中压力和温度的变化规律;其次利用数值模拟TOHGH+HYDRATE对实验台反应釜建立了二维轴对称水合物分解数学模型,基于实验工况和石英砂储层参数,将数值模拟结果与实验结果对比验证模型的准确性。同时对不同降压幅度的六个井口压力、五个储层绝对渗透率下甲烷水合物降压分解行为进行数值模拟研究,系统分析数值模拟条件下反应釜内水合物降压分解过程中产气量、产气速率、剩余水合物量和温压以及各相饱和度空间分布的变化规律,并对反应釜内局部位置处各相饱和度沿径向变化情况作具体分析。主要结论如下:(1)天然气水合物降压分解实验研究结果表明,反应釜内井口压力变化是先迅速下降至背压,后在整个水合物分解过程中一直维持压力不变。反应釜内中间位置处热电阻温度变化是先迅速降低后缓慢升高,直至甲烷水合物完全分解后最终达到水浴温度,同时发现边界传热对釜内升温有极大影响。(2)天然气水合物降压分解数值模拟研究结果表明,在相同的初始压力下选取的六个井口压力,随着井口压力降低可以加快水合物分解,并且最终井口累积产气量越大。同时将相同降压幅度和不同降压幅度下甲烷水合物降压分解产气特性对比可以发现,降低井口压力是影响水合物分解的主要因素,且井口压力越低时该因素的影响越大。当井口压力为2.0 MPa且分解至70 min左右时,井口产气速率增加,说明结冰释放的潜热可以加快水合物的分解。在相同的初始压力和井口压力下选取的五个绝对渗透率,最终井口累积产气量相等。随着绝对渗透率的降低发现开口段处没有冰相生成,却在开口段上井壁处出现水合物二次生成现象,并且储层渗透率越低水合物二次生成区域的面积越大。
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