天然气水合物注热开采数值模拟研究

【摘要】： 天然气水合物资源量巨大、洁净、能量效率高,因而被认为是一种重要的未来能源。目前,在天然气水合物的基础理论方面已比较成熟,但是数值模拟方面,国内还没有比较完善的天然气水合物注热开采数值模拟软件。 本文在调研国内外天然气水合物开采数学模型的基础上,建立了三维三相(气相、液相、水合物相)五组分(自由甲烷气、分解甲烷气、水、水合物和盐)的水合物注热开采数学模型。模型中包含:各组分质量守恒方程,能量守恒方程,水合物分解动力学方程;考虑了气水两相渗流过程、热传导、热对流、以及水合物层与盖底层的热交换的影响。 在数学模型的基础上,研制了一套适用于水合物注热开采的数值模拟软件;利用研制的水合物注热开采模拟软件对天然气水合物注热开采的物理模拟实验结果和Mallik三角洲的开采实例进行拟合分析,验证了模拟软件的准确性。利用该软件,对纯天然气水合物藏和有下覆气层水合物藏作了降压开采效果的对比,分析了井的产气规律、地层压力、温度分布规律和水合物饱和度分布规律;对有下覆水层的水合物藏进行了降压和不同的注热水条件的开采效果评价。计算结果表明:1)有下覆气层的水合物藏比没有下覆气/水层的水合物藏开采效果好,离下覆气层越近的水合物层中的水合物分解得越快。2)注入温度,注入量,生产井井底流压在产气过程中起着重要作用。①若生产井井底流压很高并且注水井注水温度高,则注热水比单纯的降压效果好;如果生产井的井底流压可以保持很低或者注入温度不高,则单独的降压效果要好。②采用注热水开采时,产气量随着注水温度的升高而增大。③注水温度较高时,产气量随着注水量的增加而增大,④注水温度不高时,产气量随着注水量的增加而减少。 【关键词】：天然气水合物 注热开采 数学模型 数值模拟 注热降压效果对比
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题的来源及研究意义9
• 1.2 国内外研究概况及现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 研究目标13
• 1.4 研究内容13
• 1.5 技术路线及技术关键13-14
• 第二章 天然气水合物研究概况14-18
• 2.1 天然气水合物简介14-15
• 2.1.1 基本概念14
• 2.1.2 结构形态14-15
• 2.1.3 形成条件及物质来源15
• 2.2 勘探及开采方法15-17
• 2.2.1 勘探方法15-16
• 2.2.2 开采方法16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第三章 天然气水合物注热开采数学模型18-34
• 3.1 模型假设条件18
• 3.2 天然气水合物注热开采数学模型18-28
• 3.2.1 组分质量守恒方程18-22
• 3.2.2 能量守恒方程22-26
• 3.2.3 水合物分解动力学方程26
• 3.2.4 天然气水合物生成动力学方程26-27
• 3.2.5 辅助方程27
• 3.2.6 初始条件27-28
• 3.2.7 边界条件28
• 3.3 水合物藏物性参数描述28-32
• 3.3.1 相对渗透率及毛管力28-29
• 3.3.2 水合物层的渗透率29-30
• 3.3.3 水合物的相平衡关系30-32
• 3.3.4 水合物相变吸热32
• 3.3.5 盐及甲烷气的扩散系数32
• 3.4 本章小结32-34
• 第四章 天然气水合物注热开采数值模型34-52
• 4.1 质量守恒方程的差分离散34-43
• 4.1.1 各组分质量守恒方程的组合和简化34-35
• 4.1.2 隐式求解压力35-40
• 4.1.3 显式求解饱和度40-41
• 4.1.4 盐的浓度以及气体的组分质量分数41-42
• 4.1.5 井的产量项计算42-43
• 4.2 天然气水合物分解动力学方程的差分离散43
• 4.3 能量守恒方程的差分离散43-47
• 4.4 网格块间参数及边界条件的处理47-49
• 4.4.1 网格块间参数的处理47-48
• 4.4.2 边界条件的处理48-49
• 4.5 编程思路及程序框图49-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第五章 天然气水合物藏开采数值模拟软件简介52-57
• 5.1 NGH 数值模拟软件概述52-53
• 5.2 参数输入及结果输出53-56
• 5.2.1 地质参数53-54
• 5.2.2 岩石和流体高压物性参数54
• 5.2.3 水合物物性参数54
• 5.2.4 初始参数54-55
• 5.2.5 控制参数55
• 5.2.6 井的相关参数55-56
• 5.2.7 模拟计算结果56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 天然气水合物注热实验及开采实例拟合57-63
• 6.1 注热开采室内实验拟合57-60
• 6.1.1 注热开采实验装置、材料及方法57-58
• 6.1.2 注热实验结果拟合58-60
• 6.2 加拿大 Mallik NGH 藏开采试验拟合60-62
• 6.3 本章小结62-63
• 第七章 不同类型NGH藏开采的数值模拟计算63-80
• 7.1 无下覆气/水层的水合物藏63-71
• 7.1.1 模型参数63-64
• 7.1.2 计算结果分析64-71
• 7.2 有下覆气层的水合物藏71-74
• 7.2.1 模型参数71-72
• 7.2.2 计算结果分析72-74
• 7.3 有下覆水层的水合物藏74-78
• 7.3.1 模型参数74
• 7.3.2 计算结果分析74-76
• 7.3.3 计算结果平面图76-78
• 7.4 本章小结78-80
• 结论80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85

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