反应釜内天然气水合物降压联合井壁加热分解过程数值模拟研究

发布时间：2020-10-17 01:44

　　 全球能源供需失衡问题日益突出,促使各国纷纷将保证能源安全上升到国家战略高度。天然气水合物是类冰的非化学计量的晶体化合物,具有储量大,清洁燃烧等一系列优点,作为传统化石能源的替代品,为广大能源科学工作者所青睐,对多孔介质中天然气水合物进行研究,尤其是对水合物的分解过程进行研究,是大规模开采利用天然气水合物必不可少的一个环节。降压联合井壁热激法作为一种较为新颖的方法,可有效解决水合物分解后期热量供给不足和二次水合物生成的问题。本文对实验室尺度约1.2L圆柱形反应釜内甲烷水合物沉积,使用TOUGH+HYDRATE模拟软件进行了降压联合井壁加热开采的模拟研究,分析了不同井口压力,不同井壁温度以及不同水合物沉积渗透率对水合物分解过程的影响。考察了2.4MPa、2.5MPa、2.6MPa、2.7MPa以及2.8MPa五个井口压力工况,10℃、20℃、30℃、40℃以及50℃五个井壁温度工况,和k=5×10~(-10)m~2、5×10~(-11)m~2、5×10~(-12)m~2、5×10~(-13)m~2以及5×10~(-14)m~2五个渗透率工况。针对井口产气速率、井口累计产气量、自由气量、总分解产气量、反应釜内残余水合物量以及气水比等产气性能参数随时间动态演化规律,针对温度场、压力场、水合物饱和度、气相饱和度、液相饱和度等特征参数的空间分布规律和随时间的演化进行了研究。研究表明,井壁温度相同,井口压力从2.8MPa降至2.4MPa时,产气速率达到峰值时间缩短了59.1%,井口累积气体量从0.01511m~3增加到0.01654m~3,水合物完全分解时间缩短了29%;井口压力相同,井壁温度从10℃上升到50℃时,产气速率峰值从4.66×10~(-7)m~3/s上升至9.64×10~(-7)m~3/s,水合物完全分解时间缩短了48%;渗透率从5×10~(-14)m~2增加至5×10~(-10)m~2时,水合物完全分解时间缩短了16.3%。不同时刻下反应釜内的压力分布几乎均匀,相同时刻,井口压力越低反应釜内压力水平越低,不同井壁温度下压力水平则基本都在3.6MPa水平上。水合物的分解从左上靠近井壁区域向右下远离井壁区域移动拓展。较高渗透率对水合物分解起增益作用,渗透率影响液相饱和度和气相饱和度的分布。在分解过程中,靠近边界区域水合物均存在少量分解,随着时间增加向内部移动。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE31
【部分图文】：

即可以称为甲烷水合物[8]。根据晶体结构的不同，天然气水合物结构类型可以分为Ⅰ型、Ⅱ型和 H 型，如图1.1 所示[9]。在 20 世纪四十至五十年代，Ⅰ型和Ⅱ型水合物由 von Stackelberg 等人通过x 射线晶体衍射发现[10]，结构如图 1.1 中(a)、(b)所示。Ⅰ型结构为立方晶体结构，包含

天然气水合物全球分布示意图

井壁厚为 2mm，开采井底部为降压口，整个井壁为加热区域。图 2.1 反应釜内部结构示意图2.1.3 水合物分解过程数学模型本文研究中，天然气水合物处在多孔介质环境中，并且它得分解涉及 3 相（气相、液相、水合物相）和 3 组分（甲烷气、水、甲烷水合物），并且甲烷水合物的分解是一个包含渗流的复杂传热传质过程，为了使数学模型能较好的描述水合物分解，且能满足
【参考文献】

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2 阮徐可;李小森;徐纯刚;张郁;颜克凤;;天然气水合物降压联合井壁加热开采的数值模拟[J];化工学报;2015年04期

3 刘俊杰;马贵阳;潘振;刘培胜;;天然气水合物开采理论及开采方法分析[J];当代化工;2014年11期

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本文编号：2844085