天然气水合物微波辅助开采模拟研究

为了提高天然气水合物开采效率及能量利用率,本文采用微波加热辅助开采,并根据南海神狐海域的水合物储层物性特征,建立了天然气水合物微波加热开采数值模型,模拟分析了不同微波加热方式下天然气水合物分解速率和能量利用率的变化情况。模拟结果表明：在使用纯微波加热开采水合物时,持续微波加热能够有效提升储层平均产气速率,而缩短微波加热时间能够有效提高能量利用率;在相同加热时间下,单循环加热的平均产气速率和能量利用率都要高于双循环加热。     

水合物降压分解的实验及数值模拟

在天然气水合物一维分解模拟系统上进行模拟多孔介质中水合物降压分解的实验。在考虑天然气水合物分解动力学机理以及流体渗流模型的基础上;建立天然气水合物降压分解的数学模型。利用模型对降压实验进行拟合;获得了多孔介质内水合物分解本征速度常数数量级为10 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1;比文献中测定的纯水中水合物分解本征速度常数低3个数量级。对模型进行了参数分析;发现对于实验室规模的一维系统;分解动力学过程控制整个分解过程;而对于现场规模的水合物藏;整个开采过程受水合物藏流动特性的控制;而受水合物分解过程的影响较小。     

天然气水合物开采方法的数值模拟研究进展

天然气水合物具有含气量高、污染低、储量大等优点,但存在埋藏深、导热性差等问题。介绍了国内外天然气水合物开采技术的研究和应用进展,概述了传统天然气水合物开采方法的优缺点,指出天然气水合物开采难度大的普遍问题,分析其原因为天然气水合物开采效率低、能耗高、风险大,以及天然气水合物开采背景与该产业链发展水平不相匹配等。在此基础上提出了利用数值模拟技术对海底和冻土层下的天然气水合物开采进行研究,并叙述了数值模拟技术在天然气水合物开采领域的发展现状,利用该方法便捷、经济、高效的特点,最终形成天然气水合物开采方法与数值模拟技术相结合的新型开采理念。     

祁连山冻土区水合物多井系统降压联合热盐水增产数值模拟

基于模拟软件TOUGH+HYDRATE对祁连山冻土区水合物藏的产气行为进行数值研究,采用五点水平井降压联合热盐水注入开采水合物藏,分析了储层关键物性参数的空间演化规律和产气产水以及能量效率等的变化规律。结果表明,生产前期热盐水的注入加快了产气速率。但后期热盐水可流经储层从生产井产出,限制了抑制剂在储层中的作用范围,使得水合物主要在降压和热刺激的作用下分解,产气速率也随之降低。此外,热盐水的注入可有效避免因二次水合物和冰的生成而抑制产气的现象。     

基于FLUENT的天然气水合物温度场数值模拟

分析了天然气水合物注蒸汽开采机理,建立了注蒸汽开采天然气水合物数学物理模型,通过数值模拟,对注汽温度、作用时间两个参数进行研究,获得天然气水合物的温度场变化情况。模拟结果表明:当作用时间和注汽温度两个参数同时增加时,他们是相互促进的关系。作用时间增长有利于热量渗入天然气水合物孔隙和天然气水合物表面;注汽温度增大促进了温度场的扩展。故同时增大作用时间和温度对开采天然气水合物是有利的。     

天然气水合物开采模拟研究进展

介绍了天然气水合物(NGH)的结构及分解的基本特性;总结了电解质及沉积物对NGH形成及分解的影响,概括描述了NGH开采的几种可能方法;提出了NGH开采模拟进一步研究的方向。     

海域天然气水合物空化喷嘴内流场数值模拟

针对海域天然气水合物水射流破碎开采,对角形喷嘴、亥姆霍兹喷嘴、锥形喷嘴开展天然气水合物储层条件下空化效果对比,并深入研究进口压力、出口压力对亥姆霍兹喷嘴空化特性的影响。建立喷嘴内流场的数学模型和物理模型,采用流体仿真软件进行数值模拟,以气含量作为判断空化效果的主要依据开展研究。模拟结果表明：天然气水合物储层条件下,亥姆霍兹喷嘴空化性能优于角形喷嘴和锥形喷嘴,喷嘴内部最大气含量达到0.95;保持其他条件不变,进口压力越大,亥姆霍兹喷嘴产生的空化效果越好;天然气水合物储层的高压环境会产生阻滞作用,降低亥姆霍兹喷嘴空化性能。     

CO2置换开采天然气水合物方法及模拟研究进展

天然气水合物作为一种储量丰富的高效清洁新能源,将在社会生产中有广阔的应用背景,因此研究天然气水合物的开采方法将有深远意义。通过比较研究传统开采法和新型开采法的优点,提出了二氧化碳置换开采法是一种有效的开采方式,并基于热力学和动力学论证了其开采法的可行性。此外,分析归纳目前已开展的置换开采实验研究,证明相同温度和压力下CO_2浓度越高,置换效率越高。并通过模拟软件构建分子模型验证得出加热降压可以高效用二氧化碳置换出甲烷。     

天然气水合物热开采技术研究进展

对天然气水合物热开采技术的研究进展进行了综述,概括了热开采技术研究的基础实验和数值模拟,分析了天然气水合物分解动力学研究,传热、传质对分解的影响及多孔介质和水合物地层中水合物开采规律. 研究表明,热开采技术作为强化供热开采方案,可弥补常规开采效率低的缺点;对水合物分解热力学和动力学的实验研究已能满足对水合物热力分解认识的基本要求,但沉积物内的水合物热力学性能研究尚需深入;模型研究已从一维单相发展到复杂的三维多相数值模型,通过单个或多个模型的综合分析已能达到实际水合物藏开采计算的要求. 最后指出了热开采天然气水合物尚存在的问题和研究方向.     

二氧化碳置换法模拟开采天然气水合物的研究进展

目前实验室模拟开采天然气水合物(NGH)的最主要的方法为外激法,通过注热、降压等方式使水合物分解释放出甲烷(CH₄),外激法最大的问题在于水合物的分解容易造成地层结构变化,导致地质斜坡灾害。利用二氧化碳(CO₂)在水合物相中置换开采CH₄,由于置换过程发生在水合物相中,不改变水合物相结构,因此可以降低地质灾害风险。本文全面介绍了利用CO₂在水合物相从NGH中置换CH₄的研究进展,从置换可行性、动力学模型、模拟研究、实验研究等方面对当前的研究进行了综述,并为进一步发展置换法开采CH₄技术指出了方向。     

Modelling and economic analysis of gas production from hydrates by depressurization method

Gas production from a hydrate reservoir involves decomposition of the solid hydrate. An analytical model is developed to predict reservoir performance for gas production by the depressurization method from a hydrate reservoir containing associated free gas. The model is developed by combining the intrinsic kinetics of hydrate decomposition, which is of interest to chemical engineers, with gas inflow performance relationship and material balance equations. An economic analysis model is also developed and incorporated with the reservoir performance model. These models are used in a case study of gas production from a hydrate reservoir in the Alaskan North Slope. The results show that gas transportation cost is the main factor controlling feasibility of commercial gas production. The hydrate zone contributes significantly to overall reservoir performance by arresting pressure decline and maintaining gas production rate.     

第一类水合物藏降压开采实验模拟

我国南海含下伏游离气的水合物储层具有实现下伏游离气和水合物分解气“两气合采”的地质条件,开采该类型水合物藏能够增加产气量,提高经济性。但目前该类型储层的开采模拟室内实验研究较少,开采规律认识不足。本文采用实验室自行搭建的三维水合物模拟装置,建立了一套含有游离气层的第一类水合物储层制备新方法,研究了水合物藏降压开采过程的产气产水特性。结果表明,采用甲烷水合物四相点以下的生产压力能有力地加快水合物分解进程,提高开采效率,当开采压力从2.95MPa降低到2.14MPa,快速产气阶段气体采收率增加10%,总开采时间缩短约38%,总采收率从73%提高到81%。当开采井井孔位于水合物层时,可能会在井孔附近出现水合物二次生成现象,从而导致开采产气速率显著降低,相比于开采井井孔位于气层,相同累积产气量的情况下生产时间延长30%左右。对比第一、三类水合物藏发现,第一类水合物藏的快速产气阶段持续20min以上,比第三类水合物藏延长一倍多,但总的气体采收率稍低。本文塑造的是气饱和的第一类水合物藏,对实际海洋水合物藏的模拟具有一定局限性,今后研究还需从实验装置尺度、分区控温方法、实验介质筛选、储层重塑稳定性等方面着手,解决储层重塑关键技术问题,为我国含下伏游离气的泥质粉砂型天然气水合物藏开采提供基础数据参考。     

间壁换热分解开采天然气水合物的实验模拟

在自制3.5 L带内置换热器的可视化反应釜中,进行了不同间壁换热温度（84.8、72.2、50.5、30.9℃）的定容分解开采丙烷水合物实验模拟。分解初始时釜内气体压力迅速上升,随着分解的进行,压力增加的幅度逐渐减小,最后压力保持一定值。因此,将水合物分解过程分为释放气体阶段和分解尾声阶段。在释放气体阶段,气体大量产出,釜内压力迅速升高;在分解尾声阶段,釜内压力趋于平缓。计算得到总分解过程平均分解速率介于0.16～0.46 mol·min^-1·m^-2之间、总分解过程的能量效率介于1.33～3.74之间;释放气体阶段分解速率介于0.27～2.56 mol·min^-1·m^-2之间、水合物分解的能量效率介于2.25～5.58之间。与相关文献比较,间壁换热分解水合物的能量效率有很大程度提高。在实际应用中,存在一个最佳间壁换热分解温度,既提高水合物分解速率又提高能量效率。     

天然气混输管网热值波动过程模拟

随着我国对环境的日益重视和能源结构的调整,天然气的应用越来越多,天然气气源也不断增多,燃气管网日益复杂。很多工商业用户对于燃气气质的要求较高,特别是对于燃气机组而言,燃气机组对热值波动以及热值变化率等气质较为敏感,燃气热值和热值变化率只能在一定范围内波动。日趋复杂的气质能否满足燃气电厂等工商业用户严苛的气质要求的问题亟需进一步研究。在气质瞬变模型的基础上建立了质换型天然气混输管网的仿真模型,模拟了某管网在气质质换过程中下游各节点的热值变化情况,对结果进行了分析。     

多孔介质中水合物生成与分解的电阻率性质

A new one-dimensional system for resistivity measurement for natural gas hydrate (NGH) exploitation is designed, which is used to study the formation and decomposition processes of NGH.The experimental results verify the feasibility of the measurement method, especially in monitoring the nucleation and growth of the NGH.Isovolumetric formation experiment of NGH is performed at 2 ℃ and 7.8 MPa.Before the NGH formation, the ini-tial resistivity is measured to be 4-7 Ω·m, which declines to the minimum value of 2-3 Ω·m when NGH begins to nucleate after the pressure is reduced to 3.3 MPa.As the NGH grows, the resistivity increases to a great extent, and finally it keeps at 11-13 Ω·m, indicating the completion of the formation process.The NGH decomposition ex-periment is then performed.When the outlet pressure decreases, NGH begins to decompose, accordingly, the resis-tivity declines gradually, and is at 5-9 Ω·m when the decomposition process ends, which is slightly higher than the resistivity value before the formation of NGH.The occurrence and distribution uniformity of NGH are determined by the distribution and magnitude of the resistivity measured on an one-dimensional sand-packed model.This study tackles the accurate estimation for the distribution of NGH in porous medium, and provides an experimental basis for further study on NGH exploitation in the future.     

Xenon recovery from natural gas by multiple gas hydrate crystallization: a theory and simulation

ABSTRACT

For efficient xenon (Xe) recovery from natural gas (NG), multiple gas hydrate crystallization was considered. The optimal stages’ number for effective Xe recovery from model gas mixtures with close composition to NG one was determined. Gas hydrate distribution’s coefficients are defined for these gases at each stage, and each iterations of the multiple gas hydrate crystallization. In CH₄+ H₂S+CO₂+ Xe gas mixture that is closest to NG composition, the maximum average Xe concentration in the gas hydrate phase was observed at the second stage of the multiple gas hydrate crystallization.     

鼓泡塔中水合物法分离混合气体的数值模拟

To develop a new technique for separating gas mixtures via hydrate formation,a set of medium-sized experimental bubble column reactor equipment was constructed.On the basis of the structure parameters of the ex- perimental bubble column reactor,assuming that the liquid phase was in the axial dispersion regime and the gas phase was in the plug flow regime,in the presence of hydrate promoter tetrahydrofuran（THF）,the rate of hydrogen enrichment for CH4＋H2 gas mixtures at different operational conditions（such as temperature,pressure,concentra- tion of gas components,gas flow rate,liquid flow rate）were simulated.The heat product of the hydrate reaction and its axial distribution under different operational conditions were also calculated.The results would be helpful not only to setting and optimizing operation conditions and design of multi-refrigeration equipment,but also to hydrate separation technique industrialization.     

高含硫天然气管道泄漏数值模拟

高含硫天然气管道经长期的内外腐蚀,经常发生泄漏事故.为了减少和降低天然气管道泄漏事故对人的危害,对甲烷及硫化氢的扩散规律进行研究日趋重要.利用计算流体力学的方法,采用仿真软件对高含硫天然气架空及埋地管道穿孔泄漏后的甲烷、硫化氢气体的扩散进行了数值模拟.架空管道泄漏初期为体积分数等值线呈对称分布的射流,泄漏至60s后无爆...