基於孔隙網路模型的天然氣水合物分解特性模擬研究

《基於孔隙網路模型的天然氣水合物分解特性模擬研究》是依託太原理工大學，由梁海峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於孔隙網路模型的天然氣水合物分解特性模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：梁海峰
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

天然氣水合物具有儲量巨大，燃燒清潔且能量密度高的優點，是一種新的可替代能源，在自然界中主要儲藏在海底沉積層及永久凍土帶，複雜的地質環境給水合物的開採造成了嚴重的困難。水合物的開採是一個複雜的過程，影響因素眾多，而分解過程中氣、水兩相流動將極大的影響水合物的分解過程，準確確定多孔介質中水合物飽和度與滲透率之間的關係，對於正確的進行天然氣水合物開採評價無疑具有重要的借鑑意義。本研究擬通過採用微觀的數值模擬研究方法，探尋採用孔隙網路模型和滲流力學理論來模擬多孔介質中的天然氣水合物分解過程，對天然氣水合物分解過程中的氣、水兩相流動及對水合物的分解過程的影響進行研究，考察在不同的孔隙率，不同的水合物飽和度條件、不同的孔隙結構以及水合物在孔隙中不同的位置生成時氣、水兩相相對滲透率的變化，研究水合物分解過程中水合物分解動力學、熱量傳遞以及多相流動控制機理，為水合物開採方法及開採技術的確定提供理論支持。

結題摘要

天然氣水合物作為一種儲量巨大、燃燒清潔且能量密度高的可替代能源，在自然界中主要儲藏在海底沉積層及永久凍土帶，複雜的地質環境給水合物的開採造成了嚴重的困難。水合物的開採是一個複雜的過程，影響因素眾多，而分解過程中氣、水兩相流動將極大的影響水合物的分解過程，本研究通過採用數值模擬與實驗相結合的研究方法，從微觀角度出發探尋採用孔隙網路模型和滲流力學理論來模擬多孔介質中的天然氣水合物分解過程，得出以下研究結論： 通過採用通入過量氣體提高水轉化率的定容合成天然氣水合物實驗方法，較大程度上避免了在測量過程中水合物的生成和分解，利用天然氣測量了恆溫恆壓恆流條件下含不同水合物飽和度時多孔介質的絕對滲透率，通過與當前通用模型的比較，發現與Masuda滲透率模型擬合較好。 建立了三維立方體孔隙網路模型，研究了孔徑分布對水合物相平衡的影響，採用達西定律作為研究的理論基礎，結合流體力學研究方法，模擬了水合物在多孔介質中不同位置生成時導致的滲透率變化，研究結果標明，水合物在孔隙中心生成時與實驗數據吻合較好；模擬研究了四種不同ξ（喉道直徑分布平均方差）值時含水合物多孔介質絕對滲透率變化，Sh（水合物飽和度）<0.4時，隨著ξ的增大，滲透率下降較快；而當Sh>0.4後，ξ變化對滲透率影響較小。 同時研究了不同的孔隙率，不同的水合物飽和度條件以及水合物在孔隙中不同的位置生成時氣、水兩相相對滲透率的變化，當水合物在孔隙壁面生成時，兩相相對滲透率下降較慢，而水合物在孔隙中心生成時，滲透率下降較快，且在壁面生成時的兩相滲透率等滲點高於中心生成時，同時發現水合物無論在中心還是在壁面生成，氣、液兩相滲透率都不隨孔隙率及水合物飽和度的變化而變化。 對微觀尺度下多孔介質中天然氣水合物分解特性進行了影響因素敏感性分析，結果表明，水合物分解速度常數、多孔介質孔隙率、初始溫度、出口壓力、初始飽和度等均會影響多孔介質中天然氣水合物分解速率，而多孔介質孔隙分布對分解速率影響不大。 本課題通過實驗和數值模擬相結合研究了多孔介質中水合物飽和度與滲透率之間的關係及水合物分解特性，對於正確的進行天然氣水合物開採評價具有重要的借鑑意義，為水合物開採方法及開採技術的確定提供理論支持。