天然气水合物微观弹性性质的模拟研究及应用

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1、图书分类号：：学校代码一々￡论文题目天然气水合物微观弹性性质的模拟研究及应用研究生姓名许露之第一导师姓名范翔宇（教授）第二导师姓名杨明理（教授博导）学科专业石油与天然气工程研究方向油气井工程二〇一五年六月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据

2、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密，在年解密后适用本授权书。、不保密（请在以上相应括号内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：年〈月？曰年月及曰西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研究生学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他

3、人为获得西南石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名年摘要天然气水合物形成于低温、高压。在自然界中主要存在于陆地永久冻土层及海底沉积层中，貌似冰雪，可直接点燃；的天然气水合物可以释放约的甲烷天然气，可高效清洁燃烧；目前已发现的水深三千米以内天然气水合物中甲烷的碳总量相当于全世界已知传统化石能源（煤、石油和天然气）总量的两倍以上，是不可多得的战略能源。要对天然气水合物资源进行勘探与开发，钻井是最直接和主

4、要的技术手段，成功钻取天然气水合物是整个资源开发的关键，故需要对天然气水合物在钻井过程中力学性质的变化情况进行探讨研究。本文首先对天然气水合物的基本性质及结构稳定性进行了探讨，包括基本物理性质、地层物理特征、化学性质、微观分子结构以及晶体构成等，并通过设置模拟实验，根据第一性原理，采用密度泛函理论计算方法研究微观状态下内嵌分子对水合物分子结构的形成、稳定性的影响以及外加电场作用下天然气水合物分子结构的变化；其次，因天然气水合物分子间作用力为范德华力，分子晶体间表现为弱相互作用，故先针对尿素、冰和石墨三种

5、体系，通过模块确定对分子晶体进行弹性模量计算应选用的最佳应变值，从而进行天然气水合物分子结构的晶胞模拟，较为精确地计算出天然气水合物的弹性模量值，分析出天然气水合物的微观弹性性质随压力变化的规律，为宏观钻井过程中的压力控制提供理论基础；再次，探究了天然气水合物的形成条件与成藏机理，讨论其在永久冻土区和海洋区的储集特征及分布特点；最后分析了天然气水合物钻探过程中的钻井参数和难点，并结合前面模拟实验中总结的微观力学性质和宏观的形成条件，提出了使用控压钻井技术开采天然气水合物的合理建议，对复杂工况下天然气水合

6、物稳定性的控制进行了分析。通过上述研究，本篇论文对天然气水合物的基本性质、结构、形成与成藏给出了更加清晰的认识；不仅从微观上得出了天然气水合物的结构稳定性、外加电场作用的表现和压力对天然气水合物微观弹性性质影响规律，也从宏观上提出了天然气水合物钻井的压力控制方法，为实际工程中高效开釆天然气水合物提供理论指导和帮助。关键词：天然气水合物；微观结构；弹性性质；模拟实验；形成与成藏；钻井AbstractGashydrates,ice-likecompoundswhichcanbedirectlyignited

7、,typicallyformatambienttemperaturesandmoderatepressuresandaremainlylocatedinoutercontinentalmarginsedimentandinpolarregionscommonlyassociatedwithpermafrost.Thatcarbonic3，目录餅研究目的及意义国内外研究概况国外研究现状国内研究现状天然气水合物物理力学性质的研究现状主要研究内容及研究思路主要研究内容研究思路第章天然气水合物的微观结构及模拟实

8、验研究基本性质微观结构天然气水合物的结构稳定性模拟实验实验原理实验过程实验结果分析与讨论结论；：天然气水合物的极化响应模拟实验实验原理；实验过程：实验结果分析与讨论賤本章小结第章天然气水合物微观弹性性质的模拟实验研究微观弹性性质的实验原理研究应变对弹性模量计算值的影响研究甲烷水合物的微观弹性性质随压力变化规律本章小结第章天然气水合物的形成与成藏天然气水合物分布与形成的地质条件温压条件气源和水源有效的储集空间天然气的运移4.2天然气水合物的成