反应釜内天然气水合物降压分解过程数值模拟研究

发布时间：2020-06-15 00:25

【摘要】：随着传统化石能源的消耗和环境污染日益严重,寻找一种新型清洁能源成为人类关注的主题。天然气水合物是一种类冰的笼形结晶化合物,因其分布广储量大,高能量密度以及燃烧清洁等特点,天然气水合物被认为是一种潜在的具有广泛应用前景的新型清洁能源。我国海域和高原地区有丰富的天然气水合物资源,其储量完全可以支撑我国数百年的能源需求,因此研究多孔介质中天然气水合物的分解过程对于我国的天然气水合物开采具有重要意义。综合考虑目前常用天然气水合物开采方法的可行性和经济性,降压开采法被认为是最有效并最具潜力的开采方法。本文采用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件针对实验室尺度下圆柱形反应釜内天然气水合物降压分解过程进行了数值模拟研究,考察了井口压力(结冰和非结冰工况)、反应釜初始压力以及多孔介质导热系数对天然气水合物产气特性和分解机理的影响。分析了反应釜内天然气水合物分解过程中水合物分解释放气量、累积产气量、自由气量、剩余水合物量和产气速率等产气性能参数的变化规律。揭示了反应釜内压力、温度和水合物相饱和度等参数的空间分布特征随时间的变化和对比,以及温度和压力在不同轴向和径向测点随时间的演化规律。计算结果表明,在水合物分解过程中,反应釜内剩余水合物量逐渐降低,水合物分解释放气量和井口累积产气量都逐渐增加,反应釜内自由气量和井口产气速率先快速增加后逐渐降低。反应釜内压力均匀分布,而温度呈梯度分布,降压井附近温度较低,边界处温度较高,水合物界面到边界的距离大于到降压井的距离。非结冰时井口压力越低,水合物分解越快,水合物分解释放气量和井口累积产气量越大。结冰时井口压力越低,反应釜内结冰量越大,井口压力为0.5MPa时,水合物快速分解使得温度迅速降低,储层显热被消耗,降压井周围大量结冰,抑制了水合物分解,导致水合物分解速度、累积产气量以及井口产气速率减小。另外,在水合物分解前期,由于水合物分解气量远大于井口产气量,反应釜内压力升高,降压井附近出现水合物二次生成,释放热量导致温度相应上升。初始压力越低,剩余水合物量下降速度越快,水合物分解释放气量、累积产气量以及井口产气速率越大。多孔介质导热系数越大,储层导热性能越好,使得反应釜内水合物分解变快,产气速率增加,但最终累积产气量相同。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13
【图文】：

天然气,结构示意图,环庚烯,晶体结构参数

哈尔滨工程大学硕士学位论文甲烷、乙烷、二氧化碳等，在自然界中分布最广；II 型结构为菱形晶可以容纳的客体分子为丙烷、正丁烷等；H 型结构为六面体晶体结构纳较大的分子，如新己烷、环庚烯等[10]。II 型和 H 型结构的天然气水种天然气水合物晶体结构参数对比如表 1.1 所示[11]。

示意图,圆柱形,示意图,相态

开采策略进行选取成为当前水合物研究的有效途径可以根据实际地质参数或实验数据模拟储层内水合合物分解程度等重要指标随时间的的变化，掌握天。目前常用的天然气水合物模拟软件主要有：TOU]、STOMP-HYD[65]、CMG-STARS[66]以及 HydrReRATE（T+H）是目前比较成熟、应用最广的天然虑了四相态和九组分，可模拟相平衡或动力学模型与合成过程，只要是满足达西定律的过程，该软件非等温条件下水合物分解与合成、热量传递、相态件比较成熟，应用比较广泛，认可度比较高，可水合物分解过程多相多组分的流动、传热以及相态影响因素以及观测的响应较多，因此本 E 模拟软件。

【参考文献】