极地深层热水钻回水软管伴热功率数值模拟研究

极地深层热水钻通过高温高压热水融冰钻进,主要用于快速钻穿冰盖后向其中下放科学监测仪器或获取冰下环境样品。回水腔是深层热水钻重要的组成部分。钻进后的融水上返到回水腔后,通过潜水泵抽吸,经回水软管返回地表。由于极地冰层温度很低,加之深层热水钻回水软管较长,这导致回水软管内的融水在上返过程中存在被冻结的风险。因此,在回水软管内铺设具备电加热功能的伴热电缆,对避免回水软管内融水的冻结以及深层热水钻的稳定运行具有重要意义。目前,尚没有对回水软管所需伴热功率的研究。为此,本文首先对回水软管可能面临的正常工况、停钻工况、干烧工况和解冻工况进行了分析,然后基于COMSOL Multiphysics 6.0软件建立了4种工况下伴热功率的数值模拟方法,主要对回水软管伴热功能的运行功率、运行时间和安全功率上限进行了研究。研究结果给出了回水软管伴热功能在4种工况下的运行策略,为回水软管伴热电缆的设计提供了参考。

天然气水合物近井储层渗流规律模拟装置

为了模拟天然气水合物开采过程中近井储层内的渗流过程,分析不同开采参数下井周温压场的变化规律,研究二次水合物饱和度的时空变化规律,设计了模拟天然气水合物近井储层渗流规律的试验装置。该装置包括数据采集系统、反应釜系统、真空系统、高压系统和低温恒温系统5个部分。模拟试验结果表明:反应釜系统可以模拟近井储层中二维径向流,能实时、完整地检测温度场和压力场的变化;真空系统在提高真空度以降低反应釜与外界环境热传导,实现外界对水合物试验系统无传热等方面具有关键作用;该装置可以较好地模拟近井周天然气水合物储层在开采过程中物质传递和水合物相变的过程。研究结论可为天然气水合物降压开采技术的改进提供理论依据。