海洋天然气水合物降压开采潜力及力学稳定性数值模拟研究
发布时间：2020-12-01 21:52
天然气水合物,又称“可燃冰”,主要是由甲烷气体分子与水分子在低温高压条件下形成的一种具有笼型结构的似冰状结晶化合物,其主要赋存于陆地永久冻土区和海洋沉积物中。水合物储层的特殊赋存性质导致其开采是涉及相变、多相流动、传热、岩土变形等多物理化学过程的耦合问题。水合物开采不仅要寻求最优方案以获得高效的产气效率,同时也要对开采可能诱发的井壁破坏、井内出砂、海底滑坡和海底面沉降等力学问题进行前瞻性预测,为今后水合物安全高效开采方案设计提供理论依据。水合物开采现场测试实际操作难度很大,具有高投入性和不可预知性,而数值模拟对于开采前的先期评估是十分有效而又经济的技术方法。据此,本文围绕水合物开采所关心的气水产出、温-压-力场变化、地层稳定等多场耦合问题,采用理论分析、程序开发、数值模拟和现场应用相结合的手段,研究了海洋天然气水合物降压开采多相渗流以及地层变形行为,对今后我国水合物安全高效开发具有重要的理论和实际意义。首先,紧密围绕水合物开采特征,建立了水合物开采传热-流动-力学（THM）耦合数学模型和数值模型。然后,基于模块化的设计思路,在TOUGH+Hydrate软件框架内嵌入岩土力学分析模块,开...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中国2010~2017年原油产量、进口量及对外依存度变化趋势
.2 中国 2010~2017 天然气产量、进口量及对外依存度变化趋势由水分子与气体分子在一定温度和压力条件下形成的状结晶化合物，主要赋存于陆地冻土区和水深大于 300作为能源资源，水合物的优点主要体现在如下几个方源储量巨大。全球水合物资源总量换算成甲烷天然气约，相当于常规天然气资源总量的 37.8~44.6 倍；有机碳储燃料总和的 2 倍[13]。量密度高。标准温度和压力条件下（1atm，20°C），每单可释放出约 164 体积的甲烷气，其能量密度是常规天的 10 倍[16]。布范围广。国际合作钻探计划（如 DSDP、ODP、IOD本、中国、印度、韩国等）水合物钻探成果表明，水合和海底沉积物中[13, 14]。据推算，全球 90%的海洋均具
图 1.3 甲烷水合物分子结构示意图[33]目前，自然界中主要发现了 3 种不同的水合物结构类型（图 1结构 II 型和结构 H 型。从图中可以看出，结构 I 型水合物呈立能容纳相对较小的气体分子（如 CH4、N2、H2S 等）；结构 II体结构，除了能容纳小气体分子外，还可以容纳丙烷（C3H8）0）等烃类气体分子；结构 H 型水合物呈六方体晶体结构，其分子直径大于异丁烷（i-C4H10）的大分子气体。因此，自然界构在一定程度上可反映天然气组分，这是因为每种结构类型的构决定的烃类分子的相对含量[14]。浅埋藏沉积物中仅产生生物结构 I 型水合物，这正是海洋环境中分布最广的水合物类型。埋有机质裂解形成的，通常还伴随其它烃类分子（如丙烷和丁可形成结构 II 型水合物，甚至结构 H 型水合物。室内研究结和结构 H 型水合物的温压稳定范围比结构 I 型水合物更大[14,
【参考文献】：
期刊论文
[1] 辛欣 （H指数：16） ;王海彬;罗建男;于涵;袁益龙;夏盈莉;朱慧星;陈强;
[2] 卢静生 （H指数：4） ;李栋梁;何勇;史伶俐;梁德青;熊友明;
[3] 宋丹 .
[4] 遆王强 .
博士论文
[1]天然气水合物开采方法的研究综述[J]. 张旭辉,鲁晓兵,李鹏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[2]青海祁连山冻土区天然气水合物研究进展综述[J]. 王平康,祝有海,卢振权,白名岗,黄霞,庞守吉,张帅,刘晖,肖睿. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[3]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[4]中国能源供应形势及潜在风险分析[J]. 李雪慧,史丹,聂新伟. 中国能源. 2018(07)
[5]全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势[J]. 王淑玲,孙张涛. 海洋地质前沿. 2018(07)
[6]天然气水合物成藏条件与富集控制因素[J]. 张金华,方念乔,魏伟,苏明,肖红平,彭涌,张巧珍. 中国石油勘探. 2018(03)
[7]中国能源消费结构与经济增长关系的实证[J]. 苏鋆珊. 长沙理工大学学报(社会科学版). 2018(03)
[8]新时代中国能源安全分析及政策建议[J]. 程蕾. 中国能源. 2018(02)
[9]南海神狐海域天然气水合物试采成功后的思考[J]. 吴时国,王吉亮. 科学通报. 2018(01)
[10]日本海域天然气水合物试采进展及其对我国的启示[J]. 张炜,白凤龙,邵明娟,田黔宁. 海洋地质与第四纪地质. 2017(05)
硕士论文
[1]钻采条件下南海水合物储层响应特性模拟研究[D]. 孙嘉鑫.中国地质大学 2018
[2]水合物动力学抑制机理研究及高效水合物动力学抑制剂开发[D]. 秦慧博.中国石油大学(北京) 2016
[3]增强型地热系统（EGS）中热能开发力学耦合水热过程分析[D]. 雷宏武.吉林大学 2014
[4]水合物动力学抑制剂的合成和性能研究及应用[D]. 胡军.华南理工大学 2012
[5]天然气水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究[D]. 沈海超.中国石油大学 2009
本文编号：2895058
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中国2010~2017年原油产量、进口量及对外依存度变化趋势
.2 中国 2010~2017 天然气产量、进口量及对外依存度变化趋势由水分子与气体分子在一定温度和压力条件下形成的状结晶化合物，主要赋存于陆地冻土区和水深大于 300作为能源资源，水合物的优点主要体现在如下几个方源储量巨大。全球水合物资源总量换算成甲烷天然气约，相当于常规天然气资源总量的 37.8~44.6 倍；有机碳储燃料总和的 2 倍[13]。量密度高。标准温度和压力条件下（1atm，20°C），每单可释放出约 164 体积的甲烷气，其能量密度是常规天的 10 倍[16]。布范围广。国际合作钻探计划（如 DSDP、ODP、IOD本、中国、印度、韩国等）水合物钻探成果表明，水合和海底沉积物中[13, 14]。据推算，全球 90%的海洋均具
图 1.3 甲烷水合物分子结构示意图[33]目前，自然界中主要发现了 3 种不同的水合物结构类型（图 1结构 II 型和结构 H 型。从图中可以看出，结构 I 型水合物呈立能容纳相对较小的气体分子（如 CH4、N2、H2S 等）；结构 II体结构，除了能容纳小气体分子外，还可以容纳丙烷（C3H8）0）等烃类气体分子；结构 H 型水合物呈六方体晶体结构，其分子直径大于异丁烷（i-C4H10）的大分子气体。因此，自然界构在一定程度上可反映天然气组分，这是因为每种结构类型的构决定的烃类分子的相对含量[14]。浅埋藏沉积物中仅产生生物结构 I 型水合物，这正是海洋环境中分布最广的水合物类型。埋有机质裂解形成的，通常还伴随其它烃类分子（如丙烷和丁可形成结构 II 型水合物，甚至结构 H 型水合物。室内研究结和结构 H 型水合物的温压稳定范围比结构 I 型水合物更大[14,
【参考文献】：
期刊论文
[1] 辛欣 （H指数：16） ;王海彬;罗建男;于涵;袁益龙;夏盈莉;朱慧星;陈强;
[2] 卢静生 （H指数：4） ;李栋梁;何勇;史伶俐;梁德青;熊友明;
[3] 宋丹 .
[4] 遆王强 .
博士论文
[1]天然气水合物开采方法的研究综述[J]. 张旭辉,鲁晓兵,李鹏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[2]青海祁连山冻土区天然气水合物研究进展综述[J]. 王平康,祝有海,卢振权,白名岗,黄霞,庞守吉,张帅,刘晖,肖睿. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[3]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[4]中国能源供应形势及潜在风险分析[J]. 李雪慧,史丹,聂新伟. 中国能源. 2018(07)
[5]全球天然气水合物勘查试采研究现状及发展趋势[J]. 王淑玲,孙张涛. 海洋地质前沿. 2018(07)
[6]天然气水合物成藏条件与富集控制因素[J]. 张金华,方念乔,魏伟,苏明,肖红平,彭涌,张巧珍. 中国石油勘探. 2018(03)
[7]中国能源消费结构与经济增长关系的实证[J]. 苏鋆珊. 长沙理工大学学报(社会科学版). 2018(03)
[8]新时代中国能源安全分析及政策建议[J]. 程蕾. 中国能源. 2018(02)
[9]南海神狐海域天然气水合物试采成功后的思考[J]. 吴时国,王吉亮. 科学通报. 2018(01)
[10]日本海域天然气水合物试采进展及其对我国的启示[J]. 张炜,白凤龙,邵明娟,田黔宁. 海洋地质与第四纪地质. 2017(05)
硕士论文
[1]钻采条件下南海水合物储层响应特性模拟研究[D]. 孙嘉鑫.中国地质大学 2018
[2]水合物动力学抑制机理研究及高效水合物动力学抑制剂开发[D]. 秦慧博.中国石油大学(北京) 2016
[3]增强型地热系统（EGS）中热能开发力学耦合水热过程分析[D]. 雷宏武.吉林大学 2014
[4]水合物动力学抑制剂的合成和性能研究及应用[D]. 胡军.华南理工大学 2012
[5]天然气水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究[D]. 沈海超.中国石油大学 2009
本文编号：2895058
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