天然气水合物开采的流动模拟

论文摘要

天然气水合物作为一种潜在的能源备受人们关注,对(海底)天然气水合物的开采进行前沿性基础研究,可以为今后开采天然气水合物提供理论依据和技术支撑。数值模拟作为评价开采方案的一个重要手段,可以为水合物藏开采方案的确定提供重要依据,对水合物藏的气体资源进行估计具有重要意义。本论文对甲烷水合物进行了实验室研究,得出了产气量与时间的关系,根据甲烷水合物分解动力学理论,通过对实验数据进行分析,得到了甲烷水合物分解动力学的基本参数—表观分解速率因子和活化能,为甲烷水合物开采的模拟提供了依据。针对甲烷水合物的特点,结合多相渗流特性,考虑孔隙度与温度的变化,推导出了水合物在多孔介质中分解的数学模型,为水合物开采的模拟提供了理论基础。基于降压开采原理,对天然气水合物相态和特性进行了拟组分和相态处理,建立了三相(水、水合物相和气)、三组分(水、甲烷水合物和甲烷)模拟模型,利用现有常规油藏模拟软件对甲烷水合物分解(开采)过程进行模拟,并与实验结果进行了对比,验证了模型的可行性。并研究了不同降压条件下甲烷水合物分解的规律,回归出了产气量与压力、时间的关系式。在对模拟结果进行分析的基础上,将模型应用到实际天然气水合物藏,假设了一海底甲烷水合物藏的概念模型。分析比较了天然气水合物藏与常规气藏开采过程中在产气量、产气速率和地层压力方面的差异,得出了天然气水合物藏开采的特点,并针对此特点,对天然气水合物藏的开采进行了技术和经济评估,分析了其经济可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 天然气水合物的概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 日本
• 1.2.2 美国
• 1.2.3 中国
• 1.3 本文研究工作
• 第二章 天然气水合物的结构性质及开采机理
• 2.1 天然气水合物的结构性质
• 2.1.1 天然气水合物的结构特性
• 2.1.2 客体分子对晶体结构的影响
• 2.1.3 天然气水合物的物理性质
• 2.2 天然气水合物的开采机理
• 2.2.1 天然气水合物的开采机理与分解模型
• 2.2.2 天然气水合物的开采方法
• 2.3 现有的天然气水合物的数学模型
• 2.4 小结
• 第三章 天然气水合物分解动力学分析
• 3.1 实验研究方法
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验装置
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 实验数据
• 3.2 天然气水合物分解动力学模型分析
• 3.2.1 热分解模型
• 3.2.2 降压模型
• 3.3 天然气水合物分解动力学模型的建立
• 3.4 天然气水合物分解动力学参数的确定
• 3.5 模型中天然气水合物分解速率的确定
• 3.6 小结
• 第四章 天然气水合物开采的数学模型
• 4.1 基本模型的建立
• 4.1.1 质量守恒
• 4.1.2 能量守恒
• 4.2 小结
• 第五章 甲烷水合物开采的数值模拟实验验证
• 5.1 模型前处理
• 5.2 模型的建立
• 5.3 模拟结果
• 5.4 模拟结果与实验数据的比较
• 5.5 模拟结果的扩展
• 5.6 小结
• 第六章 概念天然气水合物藏开采的数值模拟
• 6.1 天然气水合物成藏机理
• 6.1.1 生物甲烷成因模式
• 6.1.2 热解甲烷成因模式
• 6.2 概念天然气水合物藏的热力学稳定带
• 6.3 概念天然气水合物藏的地质模型
• 6.4 概念天然气水合物藏的模拟模型
• 6.5 概念天然气水合物藏的模拟结果
• 6.5.1 井底流动压力（BHP）为2MPa 时的模拟情况
• 6.5.2 不同井底压力时模拟情况对比
• 6.5.3 模拟结果与常规气藏的比较
• 6.6 概念天然气水和物藏开采的经济评价
• 6.6.1 研究思路
• 6.6.2 应用实例
• 6.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢