TOUGH+HYDRATE水合物模型参数敏感性分析

运用国际上较为先进的水合物开采模拟软件TOUGH+HYDRATE(T+H)对我国南海水合物藏竖井降压开采假设进行数值模拟,采用LH-OAT全局敏感性分析方法,对模型中19个普遍应用的水合物层参数进行了敏感性分析,并对参数敏感性从重到轻进行了极敏感、敏感、一般敏感和不敏感4个水平的等级划分。研究表明:T+H的参数敏感性随评价目标、时间和空间位置的不同而不同。对CH4气体累积产量有显著影响的参数有:Stone指数(n)、固相渗透率缩减指数(PRE)、绝对渗透率(Permeabilities)、流体临界饱和度(CMPS)。随着模拟时间的增加,参数对水合物饱和度的整体敏感度提高。在空间分布上,随着与井壁水平距离的增加,所有参数对水合物饱和度的敏感度降低。敏感参数的确定对提高模型的准确性有重大意义。在实际应用中要有针对性地调节参数,以获得最优效果。

Software Development for Digital Control of WDW Series Testing Machine and Measurement of K_(IC)

Software has been developed for digital control of WDW series testing machine and the measurement of fracture toughness by modularized design. Development of the software makes use of multi-thread and serial communication techniques, which can accurately control the testing machine and measure the fracture toughness in real-time. Three-point bending specimens were used in the measurement. The software operates stably and reliably, expanding the function of WDW series testing machine.

基于TOUGH软件模拟加拿大BORDEN含水层储能试验

介绍了含水层储能地下温度场和地下流场(TH)耦合运移的机理;针对加拿大BORDEN含水层储能试验及观测数据,根据实际土层工程地质、水文地质和初始温度条件,建立了BORDEN储能试验的TH耦合3D数值模型。将模拟结果与实际观测数据进行对比,二者非常接近,符合理论和实际观测情况;模拟了热羽逐渐移动的规律,证明利用TOUGH软件在地下TH耦合模拟方面的准确性和实用性,为将来的地下含水层储能工程设计提供理论基础和参考依据。

基于在线监测的核电厂主管道评定技术及软件开发

研究了基于运行参数在线监测的主管道断裂评定方法,建立了由热电势测试材料冲击功、裂纹撕裂断裂韧度预测和在线含缺陷管道断裂评定的成套技术方案,开发了专用的主管道断裂评定软件,并验证了某工况下使用该软件的计算结果与原设计要求偏差小于3%。

天然气水合物数值模拟方法及其应用

在开采天然气水合物前有必要用数值模拟方法对其形成或分解的规律进行研究以及对开采方案进行评估。数值模拟可根据野外和室内实验数据,定量计算压力、温度和天然气水合物的动力学转换关系,评价天然气水合物的开采潜力,从而预测复杂系统的热物理动力过程。TOUGH+HYDRATE因其能够模拟水合物分解的多组分多相流过程,较其他软件相对成熟而得到广泛应用。概述其模拟的基本原理和方法,总结利用该软件模拟包括降压、注热以及降压和注热相结合等方法的应用实例,结合我国天然气水合物调查与研究现状提出数值模拟方面的工作建议。

分支参数对天然气水合物羽状多分支井降压开采产能的影响规律

天然气水合物是未来极具发展潜力的清洁能源,而多分支井开采技术是天然气水合物高效开采的一种值得进一步探索的技术方法。基于南海神狐海域SHSC-4试采井测井曲线数据,建立了理想水合物藏分层地质模型。分析了羽状多分支井布设在水合物Ⅱ层中部时,分支参数对降压开采产能的影响规律。结果表明:①分支参数优化时,应首先考虑分支长度;尤其是当分支长度较短时,分支长度增加的增产效果最强;随着分支长度增加到一定长度,继续增加分支长度的产能增幅逐渐减弱。②其次应考虑分支数目和分支角度;相较于增加分支长度,增加分支数目和分支角度对产能影响较弱且增产效果相近;基于钻井成本考虑,分支数目不宜过多;分支角度大于45°时,产能增幅呈下降趋势,因此分支角度应小于45°。③在充分考虑上述分支参数的基础上,可适当考虑分支间距。相较于其他分支参数,增加分支间距对产能影响最弱,在保证较大控制面积和充分考虑钻井成本的前提下,分支井间距越大越好。

混凝土的裂缝与控制

在分析混凝土开裂的危害和产生原因的基础上,提出裂缝控制新技术。采用双亲性单分子膜,减少混凝土早期的水分蒸发,抑制混凝土早期因失水太快而产生的塑性收缩裂缝;采用减水与减缩共同作用,控制混凝土壳体及薄壁结构的早期开裂;采用调控水泥水化过程中的放热量,提高大体积混凝土的温控能力;采用遥爪聚合型增韧剂,增加混凝土的韧性,减少混凝土的脆性开裂。

高强度无钴马氏体时效钢的晶粒长大及其力学性能研究

在光学显微镜下,通过LeicaMetalWork软件研究了一种高强度无钴马氏体时效钢(00Ni18Mo4Ti)的再结晶晶粒长大行为及其对力学性能的影响。结果表明,在1073～1473K固溶温度范围内,再结晶晶粒表现出正常长大行为;晶粒增长指数随着温度的升高而增加,晶粒长大激活能保持在170～210kJmol-1;屈服强度与晶粒尺寸符合良好的Hall Petch关系,KIC随着晶粒长大而增加。该无钴马氏体时效钢的屈服强度达到2050MPa时,KIC达到70MPa·m1/2,延伸和面缩率分别达到9%和50%以上,实现了强韧性的良好配合。

从文献计量角度看国际天然气水合物研发态势

以ISI Web of Know ledge信息平台提供的SC I(网络版)数据库、IN SPEC数据库和D II数据库为数据源,以Derwent Analytics软件为分析手段,对1995—2005年期间发表/申请的国际天然气水合物研究论文/创新专利的年度分布、国家分布、机构分布、期刊分布和作者分布情况作了分析与比较,从文献计量角度指出了国际天然气水合物的研发主要集中在美、日、俄、加、英、德、法、中、挪等国的国立科研机构、政府部门和大学。同时分析了中国天然气水合物的研究概况。

储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析

开展储层参数和开采参数对天然气水合物开采产能影响的研究有助于其实际开采场址和开采方法的选择。以中国南海神狐海域SH7站位的地质参数为背景,采用TOUGH+HYDRATE软件系统地分析了储层压力、温度、孔隙度、水合物饱和度、渗透率、上覆层和下伏层渗透率等储层参数,以及降压幅度、降压井长度和出砂堵塞(通过改变井周网格渗透率反映出砂堵塞)等开采参数对天然气水合物降压开采产能的影响。数值模拟结果表明:①随着储层渗透率的增大,产气量有明显的增加;随着储层压力、孔隙度的增大以及上覆层和下伏层渗透率的减小,产气量有较大的增加;随着储层温度的增大,产气量有一定的增加;产气量随饱和度的增大先增大后减小。因此,实际开采时可优先选择渗透率大、上覆层和下伏层渗透率小、孔隙度大、温度较高、水合物饱和度适中的储层。②随着降压幅度的增大以及降压井长度增大,产气量有明显的增加;而随着出砂堵塞程度的加剧,产气量有非常明显的减少。因此,实际开采时可以通过增大降压幅度和降压井长度以及采取减轻出砂堵塞的措施来提高产气量。研究结果可以为我国将来天然气水合物开采区域及开采方式的选择和确定提供参考。

南中国海东沙海域水合物成藏动力学模拟

基于南中国海东沙海域某地震剖面资料,利用Basin2二维模拟软件,结合研究区有关地温场、热流探测资料和ODP184航次调查的岩心数据,重塑了研究区沉降史、有机质生烃史、古地温场与热史变迁。进而利用＂生物成因天然气水合物成藏动力学模拟系统＂（Hydrate Dynamics）软件,模拟了水合物聚集的过程与分布范围。模拟结果表明,研究区水合物稳定域较厚（200~250 m）,有机质含量适中,生物成因甲烷主要在海底1 km以浅范围内形成。稳定域之下早先埋藏的沉积物中有机质形成的生物成因甲烷在压实流的作用下能够向浅部层位中运移聚集,从而对现在的矿层有所贡献。水合物主要赋存于稳定域底部以上50 m的层位内,富集带中水合物的平均含量约为5%。

岩石动态断裂试验

对于ＩＮＳＴＲＯＮ试验机，开发了高速加载试验控制软件，并利用该软件进行岩石动态断裂韧度试验研究，试验表明：ＩＮＳＴＲＯＮ试验机和开发的软件结合，能对各种材料进行动态断裂试验，并能揭示岩石动态断裂韧度存在的某些特征，是在中等应变速率加载范围内进行高速加载试验的理想工具。

降压幅度和出砂堵塞对天然气水合物开采产能的影响分析

为研究降压幅度和出砂堵塞对天然气水合物开采产能的影响,使用天然气水合物多相流数值模拟软件TOUGH+HYDRATE进行水合物降压开采模拟,通过不同情况下的水合物分解速率、产气速率、产气量和产水量分析了降压幅度和出砂堵塞对天然气水合物开采产能的影响,并通过不同情况下的储层压力、储层温度和水合物饱和度分布分析了其影响机理。数值模拟结果表明:(1)随着降压幅度的增大,储层中压力降低范围逐渐增大,而且压力降低幅值逐渐增大,储层与开采井之间的压力梯度越大,导致相同时间时的水合物分解速率、产气速率、产气量和产水量都逐渐增大;降压幅度的增大对短期开采的累积产气量有明显提高,而对长期开采的产气量影响不大,而降压幅度的增大可能导致出砂堵塞以及水合物二次生成,因此实际开采时应设定一个合理的降压幅度并辅助升温等其他措施。(2)随着出砂堵塞的加剧,井周附近的渗透率逐渐降低,储层中压力降低范围逐渐减小,而且压力降低幅值逐渐减小,储层与开采井之间的压力梯度越小,另外井周渗透率的降低还会导致气体的流速的降低,从而导致相同时间时的水合物分解速率、产气速率、产气量和产水量逐渐减小;出砂堵塞会对产气量持续产生影响,导致产气量随时间成比例减少,因此实际开采时应进行储层改良减轻出砂问题或采取防砂措施避免出砂堵塞。

基于MIDAS和LUSAS有限元软件的混凝土预制沉管水化热温度应力分析

以某工程混凝土预制沉管为研究对象,通过MIDAS FEA和LUSAS有限元软件进行了水化热温度应力仿真计算,分析了混凝土预制沉管的早期开裂风险和温度、温度应力变化规律。结果表明:MIDAS FEA和LUSAS的温度、温度应力计算结果分布及发展趋势基本相同,匹配性良好,相互映证了计算结果的正确性。最高温度计算结果和内表最大温差都仅相差1℃左右。MIDAS FEA对首节和第2~5节的3 d应力计算值分别比LUSAS高0.82、0.30 MPa,7 d应力计算值分别比LUSAS高0.30、0.09 MPa,28 d应力计算值分别比LUSAS低1.22、1.37 MPa,3 d龄期混凝土表面温控抗裂安全系数小于1.4,存在开裂风险,应加强浇筑、振捣及养护。

INSTRON试验机高速加载试验控制软件开发

本文介绍了最近为INSTRON 电液伺服控制试验机所开发的高速加载试验控制软件DTest的功能及其所攻克的主要技术难关,并通过岩石动态断裂韧度试验的实例,说明了经开发的INSTRON高级试验机是在中等应变速率加载范围内进行高速加载试验的理想工具。

混凝土结构中水化热产生温度应力的仿真分析

基于水化热产生温度应力的基本特性,利用有限元分析软件ANSYS计算出水化热在混凝土结构中产生的温度数值,并就SPF动物房建筑部分超长混凝土框架梁(83.1m)在水化热产生温度的情况下,对结构构件中产生的温度应力和应变进行仿真分析,根据分析结果总结出水化热产生不利影响的防治措施,为工程结构设计,施工以及后续的工程水化热研究工作提供理论依据和数据支撑。

基于SONIC软件的鄂霍次克海浅表陆坡可燃冰勘探研究

运用自主研发设计的SONIC软件,控制深海勘探设备Echo水声探测系统,对位于西北太平洋边缘的鄂霍次克海海底可燃冰甲烷释放情况进行勘探研究。重点对萨哈林岛东面浅表陆坡进行了大规模的水声测扫,通过采集回声信号,应用SONIC软件处理和成像后,实现了海底甲烷气体渗漏点(GF)、冷泉和海床的可视化。在发现甲烷气体渗漏点后,运用SONIC的成像功能,分析冷泉中甲烷气体浓度及形态的变化,运用GPS系统进行实时跟踪与定位,利用重力取样器等采样工具,在多个海域成功采集到了可燃冰岩心样本,并及时进行了分析,得到了该地区可燃冰中的甲烷排放速率和甲烷排放量等数据。另外,通过梳理本次考察的经验,对规范我国可燃冰资源调查方法也会产生积极影响。

苏里格气田集输气管线内水合物预测模型的建立

苏里格气田地面环境恶劣,由于温度变化很大,在集输气管线中极易形成水合物,造成集输气管线的堵塞。如何根据温度的变化精确预测管线中水合物形成的位置,从而达到优化集输气管线、防止水合物的产生,对高效开发苏里格气田具有特别重要的意义。为此,在对苏里格气田集输气管线沿程温降和沿程压降规律进行深入研究的基础上,建立了天然气水合物产生的预测模型,开发了预测水合物生成的计算机软件,并用苏里格气田实际生产数据对预测模型进行了验证,证明了模型和软件的正确性和可靠性,本成果的推广应用对优化苏里格气田采集气工艺、提高苏里格气田开发效益具有重要的意义。

基于LabVIEW的天然气水合物电-声联合探测实验装置测控软件开发

天然气水合物模拟实验装置普遍具有测试参数众多、测试过程复杂等特点,必须开发测控软件以满足实验装置对自动化操作的高要求;在分析软件功能需求的基础上,运用软件工程中的模块化、功能化的设计思想,以LabVIEW为平台开发了一套电-声联合探测实验装置的测控软件;该软件包括启动和登录模块、参数设置模块、信号发生模块、多路切换模块、数据采集及处理模块、数据显示及保存模块、错误处理和帮助信息模块;实验测试表明:所开发的测控软件扩展性和可维护性强,人机交互界面简洁直观,自动化程度高,避免了人力耗费过大和人工参与过多对测试结果的不良影响,提高了测试结果的准确性和可靠性以及模拟实验测试的工作效率。

南海水合物地层的孔隙水合物形成机制模拟研究

地层骨架孔隙中水合物的高质量形成是开展水合物实验研究的前提和物质基础,可为我国深水油气及水合物资源开发提供理论指导。依据南海GMGS2-07井水合物层地质条件,利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件和自主研制的水合物反应生成装置开展数值模拟和实验研究,在验证数值模拟方法准确性和可靠性的基础上,通过控制变量法分别开展不同地层导热系数和含水饱和度条件下水合物生成质量的影响研究。结果表明:(1)数值模拟与室内实验过程中,水合物形成时温度、压力与三相物质变化趋势一致且特征值十分接近,验证了数值模拟方法的准确性和可靠性。(2)导热系数越大,水合物生成越快,最终形成的水合物饱和度越大,分布也更加均匀。但导热系数与最终形成水合物的饱和度的正负相关性,存在临界边界。本次所选用的反应釜尺寸,临界边界距上、右边界距离为1.8 cm,临界边界内导热系数与水合物饱和度呈正相关性,临界边界外呈负相关性。临界边界随着反应釜尺寸的增大而增大,但临界边界位置不受地层渗透率的影响。(3)随地层含水饱和度增加,最终形成的水合物饱和度先增大后减小,峰值处含水饱和度小于初始压力条件下的理论气水比。当初始压力为7.8 MPa,含水饱和度约22.23%时,所形成的水合物饱和度最大且分布最不均匀。由此可知,选用高导热系数材料制备地层骨架、使初始含水饱和度低于气水理论比以及调整初始温压条件使之偏向相平衡曲线左方有利于形成分布均匀的高饱和水合物。研究认为深水油气含水合物固井和水合物资源钻采提供依据,为水合物商业化开采提供技术储备。