多孔介质中甲烷水合物降压分解实验与数值模拟

发布时间：2021-04-15 20:52

　　面对当前能源短缺和环境恶化的严峻形势,寻求高效、清洁能源成为人类面临的迫切任务。甲烷水合物具有储量大、能量密度高、燃烧清洁等优点,被认为是21世纪最具开发前景的能源,开展甲烷水合物的基础物性及其开采技术的研究具有重要的理论和现实意义。本论文针对多孔介质中的甲烷水合物进行降压分解实验和数值模拟研究。建立了模拟多孔介质中甲烷水合物生成和分解的实验系统,测得了多孔介质中甲烷水合物的相平衡曲线。在此基础上,系统地进行了甲烷水合物的生成和降压分解实验研究,分析了开采动态及影响因素,结果表明边界传热能极大的影响水合物的分解速率。采用通入过量气体提高水转化率的定容合成甲烷水合物实验方法,较大程度上避免了在测量过程中水合物的生成和分解,国内首次利用甲烷测量了恒温恒压恒流条件下含不同水合物饱和度时多孔介质的绝对渗透率,通过与当前通用模型的比较,发现与Masuda渗透率模型拟合较好。建立了三维立方体孔隙网络模型,研究了孔径分布对水合物相平衡的影响,模拟了水合物在多孔介质中生成导致的渗透率变化,模拟结果与实验数据吻合较好,表明了采用孔隙网络模型可以在微观尺度上模拟多孔介质中水合物的生成和分解。考虑水、气、水... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 甲烷水合物介绍
        1.1.1 气体水合物的性质和特点
        1.1.2 甲烷水合物的形成与分布
        1.1.3 甲烷水合物的潜在应用
        1.1.4 甲烷水合物的研究历史及现状
    1.2 甲烷水合物储藏方式及开采方法
    1.3 多孔介质中甲烷水合物基础物性研究进展
        1.3.1 甲烷水合物热力学研究进展
        1.3.2 甲烷水合物动力学研究进展
        1.3.3 多孔介质-水合物系统传质传热研究进展
    1.4 甲烷水合物降压开采数值模拟研究进展
    1.5 国内甲烷水合物研究进展
    1.6 本文研究内容及技术路线
2 多孔介质中甲烷水合物生成和降压分解实验研究
    2.1 甲烷水合物生成和分解实验系统
    2.2 含甲烷水合物多孔介质实验参数确定
        2.2.1 孔隙度
        2.2.2 渗透率
        2.2.3 反应生成MH饱和度的计算
    2.3 相平衡实验及结果分析
        2.3.1 甲烷水合物相平衡测量方法
        2.3.2 多孔介质中甲烷水合物相平衡测量
        2.3.3 实验结果分析
    2.4 多孔介质中甲烷水合物降压分解实验
        2.4.1 实验流程
        2.4.2 水合物分解动态特性分析
        2.4.3 边界传热对分解速率的影响
    2.5 本章小结
3 含水合物多孔介质渗透率测量
    3.1 气测含水合物多孔介质渗透率实验研究
        3.1.1 测量原理
        3.1.2 实验设备及实验步骤
        3.1.3 实验结果分析
    3.2 水合物在多孔介质中的生成模式
    3.3 多孔介质中含水合物渗透率模型
        3.3.1 渗透率模型介绍
        3.3.2 模型与实验结果比较
    3.4 本章小结
4 多孔介质-水合物渗透率孔隙网络模型研究
    4.1 孔隙网络模型介绍
        4.1.1 孔隙网络模型描述
        4.1.2 孔隙网络模型研究多孔介质渗透率
    4.2 无水合物多孔介质绝对渗透率计算
        4.2.1 孔隙网络模型建立
        4.2.2 毛细管孔隙网络模型模拟流体流动
        4.2.3 收敛性研究
    4.3 含水合物多孔介质绝对渗透率计算
        4.3.1 相平衡偏移
        4.3.2 水合物-多孔介质系统孔隙网络模型计算
    4.4 本章小结
5 甲烷水合物降压分解数学模型建立及求解
    5.1 数学模型建立
        5.1.1 质量守恒方程
        5.1.2 能量守恒方程
        5.1.3 边界条件和初始条件
        5.1.4 水合物生成分解动力学
    5.2 物理性质和平衡压力计算
        5.2.1 密度
        5.2.2 导热系数与比热
        5.2.3 粘度
        5.2.4 相对渗透率和毛细压力
        5.2.5 水合物相平衡压力
    5.3 数学模型求解
        5.3.1 有限差分离散
        5.3.2 非线性方程组求解
        5.3.3 线性方程组求解
        5.3.4 计算流程及程序实现
    5.4 模型验证
        5.4.1 同Masuda实验结果对比
        5.4.2 同本文实验结果对比
        5.4.3 收敛性分析
    5.5 本章小结
6 水合物降压分解敏感性分析
    6.1 降压分解特性分析
    6.2 水合物分解控制机理研究
        6.2.1 水合物本征反应动力学影响
        6.2.2 气、水两相流动影响
        6.2.3 导热系数影响
    6.3 初始条件和边界条件
        6.3.1 初始温度
        6.3.2 初始饱和度
        6.3.3 绝对渗透率
        6.3.4 出口压力
        6.3.5 边界传热
    6.4 本章小结
7 结论与建议
    7.1 结论
    7.2 建议
    7.3 创新点摘要
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]低渗透介质渗透性试验研究[J]. 陈卫忠,杨建平,伍国军,谭贤君,贾善坡,戴永浩,于洪丹.  岩石力学与工程学报. 2008(02)
[2]天然气水合物的勘探、开采及环境效应研究进展[J]. 梅平,刘华荣,陈武,惠小敏.  化学与生物工程. 2007(10)
[3]水合物降压分解的实验及数值模拟[J]. 冯自平,沈志远,唐良广,李小森,樊栓狮,李清平.  化工学报. 2007(06)
[4]天然气水合物储运技术综述[J]. 李化,罗小武,江伍英,刘银春.  天然气与石油. 2006(03)
[5]水合物法分离炼厂气的技术进展[J]. 许维秀,李其京,陈光进.  河南化工. 2006(06)
[6]天然气水合物开采方法及数值模拟研究评述[J]. 李淑霞,陈月明,杜庆军.  中国石油大学学报(自然科学版). 2006(03)
[7]天然气水合物降压开采实验研究[J]. 郝永卯,薄启炜,陈月明,李淑霞.  石油勘探与开发. 2006(02)
[8]天然气水合物储运技术的研究和应用*[J]. 杜晓春,黄坤,孟涛.  石油与天然气化工. 2005(02)
[9]天然气水合物开采数值模拟的参数敏感性分析[J]. 李淑霞,陈月明,杜庆军.  现代地质. 2005(01)
[10]可燃冰时代:中国能源战略的惊喜与忧患[J]. 杨培举.  中国船检. 2004(07)

硕士论文
[1]水合物气藏降压开采机理研究[D]. 陈科.西南石油学院 2005



本文编号：3140065