天然气水合物开采技术实验与理论研究

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1、中国石油大学（华东）博士学位论文天然气水合物开采技术实验与理论研究姓名：郝永卯申请学位级别：博士专业：油气田开发工程指导教师：陈月明20051201摘要天然气水合物(NGH)作为潜力巨大的优质、洁净替代能源，其开采技术的研究具有重要的理论和实践意义。本论文综合运用机理分析、室内实验和数值模拟技术，系统研究了多孔介质中NGH的合成与分解规律，通过分析降压开采、热力开采过程中的压力、温度、产量等参数的变化规律，研究不同开采方式的开采机理、开采动态及影响开发效果的主要因素，对不同开采技术进行综合评价。参考国内外现有NGH实验系统，研制成功一套NGH合成与开采实验模拟系统。该系统由

2、供液、供气、生成与开采模拟、环境模拟、回压控制、温度压力流量计量、数据采集处理7个功能模块组成，可进行多孔介质中NGH的合成和降压、加热、注化学剂等各种开采实验。多孔介质中NGH相平衡数据是研究NGH开采的重要基础数据。完成4个周期的NGH等容合成与分解实验，用图形法确定了4个NGH相平衡点，与已有文献数据对比非常吻合，说明该实验装置和方法是可靠的。对于高孔高渗的多孔介质，相平衡数据与反应釜水溶液中相平衡数据是一致的，在进行NGH开采相平衡的研究时，可以借用现有反应釜水溶液中NGH的数据和模型。在本实验条件下，NGH降压开采是一种比较好的方法，产气速度较高且主要受压降速度的

3、控制，产水速度小且维持在较稳定的水平，且不需要昂贵的注热、注化学剂等投入。分解速度常数和渗透率下降指数是影响产气动态的两个重要参数，分解速度常数越大，渗透率下降指数越小，产气量峰值越大，分解时间越短。储层压力控制和NGH自保护效应是实际NGH矿藏降压开采需要解决的关键问题。具有下伏游离气或者同层伴生气的NGH矿藏，为克服以上两点不利提供了可能。另外，还可以考虑注热、注化学剂等其他辅助强化措施。在本实验条件下，最优注热开采方案为：注水温度81．44℃(预热罐设定温度160℃)+注水速度8ml／min。注热开采产气速度稳定，主要受温度场变化控制，即受注水速度、注水温度和模型热物

4、性的共同控制。系统热量损失大，换热效率和热利用率小。根据实验数据，实际NGH藏换热效率可以达到6倍以上，这样注热开采从能量角度评价即是可行的。注热开采作为一种强化的开采措施，对弥补自然开采效率低的缺点是非常重要的。通过优化注热水的温度和速度、采用“热水段塞+常温水驱替”、注热与降压联合开采、减少管线热损失等措施，可以大大提高注热开采的效益。关键词：天然气水合物，相平衡，降压，注热，实验，数值模拟TheExperimentsandTheoryontheExploitationofNaturalGasHydratesPh，D．Candidate：Hao，Yongmao(Petr

5、oleumEngineering)Advisor：Chen，Yueming(ChinaUniversityofPetroleum)AbstractAsagreatlypotentialalternativeenergyresource，naturalgashydrates(NGH)isofllighqualityandbumsclean．TheproductiontechnologiesofNGHhavethegreatsignificanceinviewoftheoryandpractice，whichhavebeenstudiedsystematicallythroug

6、hmechanismsanalysis，experimentsandnumericalsimulationtechnology,thelawofformationanddecompositionofNGHinporousmediumandtwoproductionmethodsofdepressurizationandthermalstimulationwerediscussedinthisPaDer‘Byvariationcharaeteristiesanalysingofparameters，includingtemperature，pressureandgasprod

7、uctionrate，acomprehensiveunderstandingaboutproductionmechanism，dynamiccharacteristicsandinfluencingfactorswasachieved，andhence，allall-roundevaluationaboutthesemethodswasgot．AsetofexperimentalsystemofNGHformationandproductionwasdesigned．systemconsistsofseveB．mo