天然气水合物注热开采可行性实验研究

【摘要】：天然气水合物作为一种新型、清洁、高效的可替代能源,因其在全球分布广,资源量大,近年来受到各国政府和科研机构的高度重视。我国是一个能源消费大国,经济社会发展对能源的需求是刚性的,故进行天然气水合物开采方面的研究具有重要意义。对不同地质参数的水合物藏进行注热水开采实验,结果表明：水合物注热开采过程一般都可以分为3个阶段：水驱自由气阶段,水合物大量分解阶段及降压分解阶段。水合物饱和度主要影响自由气、分解产气规律,饱和度越高,渗流阻力越大,产气速度越小,实验中当水合物饱和度达到64%时,模型内分解产生的气水难以产出,压力持续升高。水合物藏初始温度主要影响注热分解驱动力,初始温度高则分解驱动力小,水合物更容易分解。水合物藏初始渗透率对产气速度影响明显,初始渗透率大则对应的产气速度快,对注热开采更有利。对相同的水合物藏,用不同的注热参数进行开采实验,结果表明：注热水速度影响多孔介质内气水流动,当注热水速度为25ml/min时,模型内出现水堵效应,压力上升,生产井产气速度下降,注热开采效果变差。水合物分解速度随着注热水温度的升高而增大,但同时热损失也增加,建议采用阶梯注热法开采。注热水盐度的增加使得系统的相平衡条件向高压低温方向移动,水合物更容易分解,故分解速度和产气速度增加。累积产气量随着注热量的增加而增加,但增加幅度减小,结合能量效率分析,实验条件下注热量为482KJ时开采效果最佳。提出了温度和电阻率监测热前缘的原理和方法,根据实验中热前缘的监测,对影响热前缘移动的因素进行了分析,对热前缘移动影响较大的因素有：NGH饱和度、初始渗透率、注热水速度和注热水盐度。在实验分析基础上,建立了热前缘移动模型,并进行了模拟计算和模型对比,验证了模型的可靠性。对实际尺度的水合物藏进行了参数敏感性分析,提出热前缘在能量效率计算中的应用。能量效率和可行性综合分析结果表明,水合物饱和度、注热水速度、注热水温度、注热量存在优选值,实验条件下,水合物饱和度48%,注热水速度25ml/min,注热水温度为120℃,注热量为482KJ时平均能量效率最高,开采效果最佳。而初始温度越高、初始渗透率越大、注热水盐度越高,能量效率越大,注热开采效果越好。 【关键词】：天然气水合物 注热开采 热前缘 能量效率 可行性
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE377
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题来源与研究目的意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究概况11-16
• 1.2.1 水合物研究发展阶段11-12
• 1.2.2 国外的研究现状12-14
• 1.2.3 国内的研究现状14-15
• 1.2.4 对比总结15-16
• 1.3 课题研究目标、内容与技术路线16-18
• 1.3.1 研究目标16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.3.3 采取的技术路线17-18
• 第二章 天然气水合物藏注热开采方法与技术18-28
• 2.1 多孔介质中天然气水合物基础性质18-21
• 2.1.1 多孔介质中水合物赋存模式18
• 2.1.2 多孔介质中水合物相平衡18-19
• 2.1.3 多孔介质中水合物分解动力学19
• 2.1.4 含水合物多孔介质物性参数19-21
• 2.2 天然气水合物注热开采实验方法21-24
• 2.2.1 天然气水合物注热开采实验系统21-23
• 2.2.2 天然气水合物注热开采实验方法23-24
• 2.3 天然气水合物注热开采数值模拟方法24-26
• 2.3.1 注热开采数学模型24-25
• 2.3.2 数值模拟软件25-26
• 2.4 水合物藏开采实例26-27
• 2.4.1 Messoyakha天然气水合物藏开采26-27
• 2.4.2 Mallik水合物藏试开采27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 不同天然气水合物藏地质因素下注热水开采实验研究28-54
• 3.1 多孔介质中天然气水合物合成实验28-32
• 3.1.1 实验方法与步骤28
• 3.1.2 实验结果分析28-32
• 3.2 不同天然气水合物饱和度下注热开采实验32-40
• 3.2.1 实验方法与步骤32-33
• 3.2.2 不同水合物饱和度下注热开采动态33-38
• 3.2.3 系统温度场分析38-40
• 3.3 不同天然气水合物藏初始温度下注热开采实验40-46
• 3.3.1 实验方法与步骤40-41
• 3.3.2 不同天然气水合物藏初始温度下注热开采动态41-43
• 3.3.3 系统温度场分析43-45
• 3.3.4 不同初始温度下分解驱动力45-46
• 3.4 不同天然气水合物藏渗透率下注热开采实验46-52
• 3.4.1 实验方法与步骤46-48
• 3.4.2 不同天然气水合物藏渗透率下注热开采动态48-50
• 3.4.3 系统温度场分析50-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 不同注热参数下天然气水合物藏注热开采实验研究54-77
• 4.1 不同注热水速度实验54-59
• 4.1.1 实验方法与步骤54
• 4.1.2 不同注热水速度下开采动态54-58
• 4.1.3 温度场分析58-59
• 4.2 不同注热水温度实验59-66
• 4.2.1 实验方法与步骤60
• 4.2.2 不同注热水温度实验开采动态60-63
• 4.2.3 系统温度场分析63-64
• 4.2.4 水合物分解速度分析64-66
• 4.3 不同注热水盐度实验66-71
• 4.3.1 实验方法与步骤66-67
• 4.3.2 不同注热水盐度实验开采动态67-69
• 4.3.3 温度变化分析69-70
• 4.3.4 盐度对NGH开采速度的影响70-71
• 4.4 不同注热量注热开采实验71-75
• 4.4.1 实验方法与步骤71-72
• 4.4.2 不同注热量实验开采动态72-74
• 4.4.3 温度场分析74-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 天然气水合物藏注热开采热前缘研究77-97
• 5.1 热前缘实验监测及影响因素分析77-86
• 5.1.1 温度监测热前缘77-78
• 5.1.2 电阻率监测热前缘78-81
• 5.1.3 热前缘影响因素分析81-86
• 5.2 热前缘理论模型与模拟计算86-92
• 5.2.1 数学模型与求解86-89
• 5.2.2 模拟计算与模型对比分析89-92
• 5.3 热前缘参数敏感性分析92-96
• 5.3.1 地质参数92-94
• 5.3.2 热物性参数94-95
• 5.3.3 注热参数95-96
• 5.4 本章小结96-97
• 第六章 能量效率及可行性分析97-109
• 6.1 天然气水合物藏注热开采能量效率分析97-106
• 6.1.1 不同水合物藏地质因素下能量效率分析97-100
• 6.1.2 不同注热参数下能量效率分析100-104
• 6.1.3 能量效率综合分析104-106
• 6.2 热前缘在能量效率计算中的应用106-107
• 6.3 NGH藏注热开采可行性分析107-108
• 6.3.1 地质参数注热开采可行性分析107-108
• 6.3.2 注热参数开采可行性分析108
• 6.4 本章小结108-109
• 结论和建议109-111
• 参考文献111-116
• 攻读硕士学位期间取得的成果116-117
• 致谢117

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