我国海洋地热能开发利用研究

我国海洋地热能资源丰富,尚未得到较好开发利用,如能与其他海洋资源实现融合开发利用,将对保障我国能源安全、实现“双碳”目标、建设能源强国、构建新型能源体系以及岛礁建设和深远海开发具有重要的战略意义。本文系统梳理了国内外海洋地热能利用现状,分析了我国海洋地热能利用面临的挑战,指出了我国海洋地热能利用未来的重点发展方向:海洋地热能勘探开发核心技术和关键装备、海洋地热能利用核心技术和关键装备、海洋地热能产业及产业链构建;并阐述了阶段性发展目标,提出了我国海洋地热能利用的2个典型模式:与海上稠油和海上天然气水合物融合开发的地下直接利用模式。研究建议:统筹海洋功能区划,将海洋地热能和海洋油气区块纳入国家统一规划;优先摸清南海海洋地热能及与其他海洋资源重叠优势区域分布情况;加快攻关海洋地热能开发利用核心技术和关键装备;加大对海洋地热能开发利用的财政支持力度,并给予补贴和财税优惠政策支持,充分调动企业积极性;在海洋地热能富集区开辟先导试验,积极探索与海洋其他资源融合开发示范,以此促进我国海洋地热能利用的高质量发展。

分子动力学模拟中弛豫对甲烷水合物晶胞构型的影响

随着对气体水合物生长及分解微观机理研究的逐渐深入,水合物晶胞作为生长种子或分解前体结构,其弛豫平衡是获得稳定初始构型并开展分子模拟的重要环节。选取3×3×3 sⅠ型甲烷水合物晶胞,设定了不同弛豫方案,基于512笼数量、体系温度及分段密度数据,对弛豫结果进行了分析。研究表明:NVT系综弛豫有利于提高体系的结晶度,而NPT系综弛豫能加速水合物晶胞构型的形成;弛豫温度和压力的设定需综合考虑所选分子力场的相平衡条件及冰点。对于所研究体系,确定弛豫温度为250 K,弛豫压力为10 MPa,首先在NVT系综下弛豫100 ps,而后在NPT系综下弛豫100 ps,即可进行产生相模拟。

基于可靠性的海底湿气管道水合物生成概率研究

海上油气集输过程中,天然气水合物的生成可能会造成管线堵塞,威胁到油气田正常生产。借鉴油气管道强度可靠性评价方法,结合前人对水合物生成条件预测模型的研究成果,建立海底湿气管道水合物生成概率计算方法。案例分析表明,管道水合物生成概率随着各随机参数的标准差增加而增加,同时全线水合物生成概率稳定所需的随机样本个数也随之增加。对与水合物生成概率相关的随机参数进行敏感性分析,入口压力作为随机变量时的标准差变化对管道水合物生成概率影响最大,入口流量的影响次之,入口温度的影响最小。

基于CFD-DEM耦合方法的水合物堵塞模拟

深海油气在生产运输过程中涉及高压、低温条件,极易产生水合物并导致管道堵塞。为了探究含有水合物颗粒流体的堵管现象以及颗粒随连续相运动的规律,采用CFD-DEM(计算流体力学离散单元法)耦合的数值模拟方法,结合商业软件Fluent和EDEM,考虑水合物颗粒间聚并、颗粒与管壁之间的粘附作用,建立三维含水合物的固液管道模型,使用节流元件模拟在实际生产中水合物黏结在管壁上减小流通面积的情况,分析不同流速和不同孔径比下的流动状态。由此,界定了水合物颗粒节流管路的堵塞标准,得到不同流速下保证管路流动性的最小孔径比,为水合物堵管风险研究提供参考。

含砂水合物浆液过节流装置数值模拟研究

气体水合物颗粒在油气开发、可燃冰开发的输送系统中形成后,若与从矿藏携带的砂粒在管路中一起流动,易于发生复杂的固相颗粒沉积问题,会严重影响安全生产。本文将计算流体力学和离散单元法相结合(CFD-DEM),分别应用FLUENT和EDEM软件,模拟了含砂水合物浆液通过弯管中节流装置的颗粒流动特性和堵塞规律。研究结果表明,随着体系中含砂量和砂粒径的增大、节流装置孔口径的减小,浆液流动的稳定性下降,在节流装置前颗粒的堆积更显著;随着入口流速的增加,流动的能耗虽会增加,但颗粒在节流装置前的堆积会显著下降。结论认为降低管路输送系统内砂粒的携带量和砂粒径,避免管路内出现较严重的节流,以较高的流速运行,有助于保障含砂水合物浆液的流动安全。