多孔介质天然气水合物开采的基础研究

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1、万方数据声明尸明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：上型生二垒二星关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它子复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和

2、交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。作者签名：丕睦堡B期：型!生二笪二』作者签名：盘＆望期：型!生二鱼二垒导师签名：万方数据太原理工大学博士研究生学位论文多孔介质天然气水合物开采的基础研究摘要天然气水合物作为一种广泛蕴藏于深海沉积层与陆地冻土带的水合物藏，以其巨大的资源储量引起了科学界的广泛关注，对水合物相关技术的研究应用正方兴未艾，这其中，天然气水合物的合成、分解与原位开采的理论与技术多年来一直是水合物相关研究领域的焦点所在，其本质原因，一方面是因为其温和的制备条件和相对较高的储气能力越来越受到人们的重视，希望通过研究拓展

3、应用空间；另一方面，也是由于当前社会发展日新月异，对能源的需求日渐增大，而不可再生资源的逐步减少使人们滋生了对未来新型能源的强烈渴求，等等。然而，受制备工艺、生长速度和最终储气量等方面的制约，水合物合成技术一直未得长足发展；在资源开采利用方面，也因为成藏条件复杂、储层物性参数不明、开采过程不确定因素较多、水合物分解和运移机理复杂等方面的原因一直停滞不前。本文以气体水合物的强化制备工艺、分解开采理论为课题，在综合分析前人研究成果的基础上，独创性的设计并建立了首个适合于工业生产条件下的小型天然气水合物喷雾强化合成实验平台，并利用该平台对气体水合物强化合成工艺进行了探索性研究，深入

4、分析了其强化的技术和机理，在此基础上，展开了多孔介质中气体水合物的合成及分解过程的CT扫描实验研究工作，并对具备下覆游离气层的天然气水合物藏降压开采以及海底水合物藏的原位注热水驱替开采理论和技术进行了详细研究，主要研究内容及成果如下：万方数据太原理工大学博士研究生学位论文(1)进行了天然气水合物强化合成工艺研究。研制了适合工业生产的雾化型合成设备，可通过一次装样配合增压泵实现恒压不等容试验，或者封闭装样的恒容不等压试验，还可以通过补充或排出气体或水，实现恒压等容试验方式等。应用本套设备可研究工业化生产条件下各宏观可控因素如气体组成、气水混合方式、温度压力条件、水的成分等对水合

5、物生成过程的具体影响及其作用机理，分析、研究气体水合物生成过程中热力学、动力学原理。(2)探寻了雾化平台下气体水合物合成的强化机理及关键因素。研究表明，雾化系统中诱导现象不明显，生长速度极快、含气量极高；整个生长过程受传质条件主导，传热条件不理想会严重影响生长速度，但传质条件不理想将首先导致反应过程缓慢、最终含气量大幅降低；在保证良好的传热条件下，生长速度对压力依赖明显，并且表现出明显的递增关系，压力越高，速度越快，过冷过压能有效加快生长进程；此外，活性剂、晶种、重复生成等都能显著加快反应进程，提高最终含气量。(3)展开了多孔介质水合物合成实验研究。多孔介质中气体水合物形成条

6、件类似水溶液中，其气耗随时间变化可以分为三个阶段，称为起始合成段、快速合成段、合成完成段。起始合成段压力和温度波动较小，气耗也较小；快速合成段气体消耗速率快，温度和压力变化极为频繁，均系气体大幅度由气态向结晶态转化造成；合成完成段气耗率极低，以极低的速率延续至反应停止。多孔介质中生成水合物并不是仅限在试件表面，而是在试件内部的孔隙中全部生成和赋存，而且是均匀分布的，这是多孔介质天然气水合物的一个重要特征。II万方数据太原理工大学博士研究生学位论文(4)进行了多孔介质中水合物分解的CT扫描实验研究。多孔介质水合物分解时，随粒径的增大，其水合物分解的垂向移动量逐渐增大，对应的变形

7、平均0．953％，这就是散体砂粒组成的多孔介质水合物分解的垂向变形量。垂向变形与砂粒直径呈指数变化规律，Uz=0．0032exp(o．4318d)。(5)研究了降压开采理论及技术。基于多相渗流理论与水合物分解动力学，建立了适合于开采具备下覆游离气层的水合物藏的降压开采过程的数学模型，并针对问题的强非线性，首次引入全隐式方法对控制方程进行了离散，给出了详细的差分解法，该法隐式程度高，求解过程更稳定，适用范围较常见的IMPES方法更为广泛，并应用FORTRAN语言编制了相应的计算程序，验证了数学模型及离散方