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基于LBM的天然气水合物藏分解及流动特性研究

2020-12-08阅读(353)

基于LBM的天然气水合物藏分解及流动特性研究

论文摘要

天然气水合物是天然气与水形成的一种类冰状结晶物质,主要储存于深海海底和永久冻土中,因其燃烧热量高,储量丰富,受到各国研究人员的广泛关注。天然气水合物的开采涉及传热、传质和多相流动,过程极其复杂。通过研究天然气水合物的分解和多孔介质内流体的流动特性,对影响天然气水合物分解速率因素进行了敏感性分析,从而为天然气水合物的实地开采提供了理论和数据支持。本文通过建立天然气水合物分解的物理模型,采用格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)中多组分多相流模型、结合固液界面反应边界条件、VOP固体更新法和天然气水合物分解动力学,系统的模拟了天然气水合物的分解过程;同时通过单相流LBM模型模拟了不同状态下含天然气水合物多孔介质的流动特性变化;分别讨论了多孔介质中孔隙率、井底压力和储层温度对天然气水合物分解速率的影响。本文通过模拟研究得出以下结论:(1)基于LBM结合水合物分解动力学,耦合气液两相流动、边界反应和天然气水合物的固体分解,模拟了天然气水合物在降压条件下的分解过程。发现水合物的降压分解是一个包括传质和两相流动的固相结构演变过程,固体分解对反应速率的影响较大。(2)模拟不同孔隙形状的多孔介质、不同形状的水合物和不同赋存状态对相对渗透率的影响。研究发现:对相对渗透率影响最大的是流通通道,流通通道越大,相对渗透率随水合物饱和度增加的幅度越小,而流场入口的宽窄和水合物的形状对相对渗透率也有不同程度的影响。(3)对不同赋存状态下不同工况的天然气水合物分解进行模拟。模拟发现:孔隙率越大,水合物分解速率越快;储层温度越高分解速率越快;压降对单个水合物的分解速率影响不大;为了更好的开采天然气水合物,应该适当提高储层温度,这样会提高水合物的分解速率,从而加速开采。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1. 绪论
  •   1.1. 研究的背景及意义
  •   1.2. 国内外天然气水合物实验及模型研究现状
  •     1.2.1. 降压法分解天然气水合物模型的进展
  •     1.2.2. 天然气水合物分解的实验研究进展
  •   1.3. 数值模拟研究现状
  •     1.3.1. 天然气水合物分解的宏观和微观模拟研究进展
  •     1.3.2. 多相反应流动的LBM模拟进展
  •   1.4. 研究的主要内容及技术路线
  •     1.4.1. 研究内容
  •     1.4.2. 技术路线
  • 2. 格子Boltzmann方法简介
  •   2.1. 格子Boltzmann方法的发展史
  •   2.2. 格子Boltzmann方法的原理及其优点
  •     2.2.1. 格子Boltzmann方法的原理
  •     2.2.2. 格子Boltzmann方法的优越性
  •   2.3. 格子Boltzmann方法常用的边界条件
  •     2.3.1. 周期性边界条件
  •     2.3.2. 反弹边界条件
  •     2.3.3. 动力学格式
  •   2.4. 多相多组分的LBM模拟
  •     2.4.1. Shan-Chen模型的介绍
  •     2.4.2. 大密度比伪势模型
  •   2.5. 本章小结
  • 3. 水合物分解过程的LBM模拟
  •   3.1. 天然气水合物反应边界条件
  •     3.1.1. 天然气水合物分解的动力学模型
  •     3.1.2. LBM天然气反应边界条件
  •     3.1.3. 固相更新的VOP方法
  •   3.2. 甲烷天然气水合物的模拟
  •     3.2.1. 格子单位和物理单位的转化
  •     3.2.2. 格子Boltzmann的编程实现
  •   3.3. 降压法天然气水合物分解的模拟
  •     3.3.1. 物理模型和参数条件
  •     3.3.2. 天然气水合物过程的固体变化
  •   3.4. 本章小结
  • 4. 不同因素对流场相对渗透率的影响
  •   4.1. 渗透率的计算公式
  •   4.2. 不同状态对流场相对渗透率的影响
  •     4.2.1. 下面对比饱和度和形状水合物对渗透率的影响
  •     4.2.2. 不同赋存状态对相对渗透率的影响
  •     4.2.3. 水合物的形状对于其渗透率的影响
  •     4.2.4. 不同孔隙形状对孔隙率的影响
  •     4.2.5. 不同的多孔介质的位置对相对渗透率的影响
  •   4.3. 本章小结
  • 5. 不同因素对水合物分解速率的影响
  •   5.1. 多孔介质孔隙率对水合物分解的影响分析
  •   5.2. 储层温度对甲烷水合物分解速率的影响分析
  •   5.3. 井底压力对甲烷水合物分解速率的影响分析
  •   5.4. 本章小结
  • 6. 结论与展望
  •   6.1. 结论
  •   6.2. 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王文豪

    导师: 梁海峰

    关键词: 格子玻尔兹曼方法,天然气水合物,相对渗透率,分解动力学

    来源: 太原理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 地质学,石油天然气工业

    单位: 太原理工大学

    分类号: P618.13

    总页数: 74

    文件大小: 5653K

    下载量: 292

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