天然气水合物注热水分解前缘热作用因素分析

为研究天然气水合物注热水分解前缘的热作用影响,建立了考虑孔隙介质中水合物饱和度的分解前缘数学模型,并进行迭代分析求解;实验测温前缘和电阻前缘与数学模型拟合前缘较好的吻合,误差控制在8%以内;分析了注热水温度和速率对分解前缘的热作用影响:温度对分解前缘影响的误差不超过8.71%,较大流速对分解前缘影响误差为4.53%,在提高注入热水温度的同时以较大注入速率能减小对水合物分解前缘的热作用影响。

天然气水合物热水分解前缘一维质量传递数学模型

将天然气水合物体看作一流场,运用Darcy线性渗流规则建立了水合物热水分解前缘的一维三相质量传递数学模型,对其进行数值求解和线性化处理并给出了迭代计算过程。结合一维分解模型算例得出了水合物分解过程规律:水合物储层渗透率随着距离增加而降低至未分解区域渗透率12.5×10?9m2,随着分解时间增加渗透率增大到多孔介质渗透率55×10?9m2。储层水合物饱和度随着距离增加而增加至初始饱和度45%,随着分解时间增加而降低。含水饱和度随着距离增加而降低至束缚水饱和度17%,随着时间增加而增大。水合物储层压力随着距离增加而增加,但由于边界作用低于初始压力3.0MPa,随着时间增加压力降低,下降幅度减慢。

天然气水合物降压开采分解前缘移动数值研究

在水合物分解过程中,已经分解的区域与未分解的区域之间存在一个过渡带,即分解前缘,研究分解前缘移动规律有助于认识水合物分解特征和进一步预测分解气量,对实际开采以及开采潜力评价提供大方向的科学参考。本文依据Stefan边界理论建立水合物分解前缘一维三相数学模型,通过参数量级分析,将水合物分解渗流场作为拟定常场,解析计算得到分解前缘随时间移动函数,同时将温度场方程无维化转换后,得到计算温度变化的超越方程。据分解前缘移动函数进一步计算总产气量以及井口产气速率。结合模型算例,认为水合物分解前缘移动与时间的平方根呈线性关系,移动速率随时间推移而减小,产气速率在开采前期达到峰值后快速下降达到稳定值。另外,以南海神狐海域第一次试采结果为依据,对比发现模型计算总气量高于实际试采值,两者相对误差在可接受范围内。因此,本文对水合物开采特征评价提供了一种新的简单计算方法,并对开采潜力给出了乐观的预测。最后,通过对地层初始温度、绝对渗透率以及孔隙度敏感性分析发现,地层初始温度和渗透率增大,水合物分解前缘移动距离随之增大,初始地层温度对水合物分解影响显著。而地层孔隙度越大,分解前缘移动速率反而降低,移动距离减小,井口与分解前缘压差减小,此时分解前缘移动由储层热物理参数决定。

天然气水合物降压开采分解前缘移动数值研究

随着我国经济在迅猛发展,社会在不断进步,在水合物分解过程中,已经分解的区域与未分解的区域之间存在一个过渡带,即分解前缘,研究分解前缘移动规律有助于认识水合物分解特征和进一步预测分解气量,对实际开采以及开采潜力评价提供大方向的科学参考。本文依据Stefan边界理论建立水合物分解前缘一维三相数学模型,通过参数量级分析,将水合物分解渗流场作为拟定常场,解析计算得到分解前缘随时间移动函数,同时将温度场方程无维化转换后,得到计算温度变化的超越方程。据分解前缘移动函数进一步计算总产气量以及井口产气速率。结合模型算例,认为水合物分解前缘移动与时间的平方根呈线性关系,移动速率随时间推移而减小,产气速率在开采前期达到峰值后快速下降达到稳定值。另外,以第一次试采结果为依据,对比发现模型计算总气量高于实际试采值,两者相对误差在可接受范围内。因此,本文对水合物开采特征评价提供了一种新的简单计算方法,并对开采潜力给出了乐观的预测。最后,通过对地层初始温度、绝对渗透率以及孔隙度敏感性分析发现,地层初始温度和渗透率增大,水合物分解前缘移动距离随之增大,初始地层温度对水合物分解影响显著。而地层孔隙度越大,分解前缘移动速率反而降低,移动距离减小,井口与分解前缘压差减小,此时分解前缘移动由储层热物理参数决定。

神狐水合物藏降压开采分解前缘数值模拟研究

天然气水合物资源量大,广泛存在于深海和冻土带中,降压法是一种有效的开采方式.天然气水合物藏降压开采过程中,已经分解的水合物区域和尚未分解的水合物区域之间存在一个分解前缘,研究分解前缘的移动规律,有助于认识水合物藏的地层稳定性及进行产气量预测,因此对水合物藏分解前缘的研究具有重要意义.本文采用数值模拟的方法,针对神狐海域水合物藏地质条件,研究降压开采过程中分解前缘的形状及移动规律,并对影响分解前缘移动的敏感因素进行了分析.结果表明:降压分解时,分解前缘的形状为非活塞式,分解前缘1(水合物开始分解的位置)的移动速率近似为线性,分解前缘2(水合物完全分解的位置)的移动速率近似为指数增长.生产井压力越低,地层渗透率越大,初始水合物饱和度越小,初始温度越高,分解前缘移动速率越大.与一步降压相比,分段降压使得分解前缘1和前缘2的移动均滞后.水合物分解吸热导致地层温度降低,当到达冰点时,冰的生成将有助于水合物藏降压分解速率的增大.因此,水合物藏降压分解时,可考虑将压力降低至冰点所对应的相平衡压力附近.

天然气水合物注热分解渗流特征及数值模拟

天然气水合物的分解及渗流特征是天然气水合物注热开采机制研究的基础问题。考虑水合物分解效应和储层应力条件的影响,进行天然气水合物储层性质的数学描述,建立天然气水合物注热开采的储层数值模型,分析天然气水合物注热分解渗流特征;比较注热生产过程中注热温度和注热速度对天然气水合物藏温度场及渗流场的影响,结合分解前缘移动特征及分解区面积占比变化规律,对水合物的分解渗流特征进行定性评价和定量描述。结果表明:随注热温度的升高,分解前缘的移动速度加快,分解区面积占比增加,但增加幅度减小;随注热速度的增加,分解前缘移动更快,分解区面积占比增加,增加幅度也增大,注热速度比注热温度对水合物分解的影响更大。该结果为研究天然气水合物注热开采机理、分解及渗流特性提供参考。

天然气水合物注热水分解径向数学模型

在一半无限大区域水合物分解过程描述基础上,建立了Stefan移动边界径向拟稳定传热数学模型,利用Paterson指数积分函数求解了分解带和水合物带的温度精确解,结合Deaton方法和Clausius-Clapeyron分解热方程确定水合物分解前缘位置。对一给定物性参数的稳定水合物储层例子进行计算,得出了水合物径向分解规律:随着径向距离增加温度急剧下降到分解温度8.416℃,再降到储层温度5.33℃,分解前缘位置变化趋势变缓;随着时间增加温度从5.33℃缓慢上升到8.416℃后急剧上升,时间足够长接近注入热水温度100℃;随着时间增加径向半径增加趋势减缓,分解时间到150 d时80～100℃温度变化为27.3℃,100～150℃温度变化为49.3℃。

天然气水合物热分解Stefan相变数学模拟研究

天然气水合物热分解过程是一个移动边界的Stefan相变问题。在单相连续水合物控制体的守恒积分热传导模型基础上,建立了考虑尖锐移动边界的天然气水合物热分解控制体的界面耦合Stefan能量守恒条件。利用Boltzmann相似变量求得了一半无限大天然气水合物热分解Stefan相变模型的Neumann解,对超越方程进行了单调性证明,确定了Stefan模型解的唯一性。通过实例分析验证了超越方程的单调性和Stefan模型解的唯一性,MATLAB编程实现了水合物体热分解相变过程温度、分解前缘规律性,参数敏感性拟合研究表明,随着温度的升高,λ(超越方程的解)和x_(f)(界面位置)逐渐增大,x d(穿越深度)和t_(d)(穿透时间)逐渐减小。

多孔介质中天然气水合物注热水分解实验研究

为了研究多孔介质中天然气水合物注热水分解规律,设计了多孔介质中天然气水合物分解实验装置,并通过热电偶和电阻测试来分析水合物分解前缘的规律性,大量的实验研究表明天然气水合物注热水分解过程呈现明显储层升温、平稳分解和前缘突破三阶段特征。为揭示天然气水合物分解实质,建立了水合物分解前缘移动界面数学模型,并与测温、电阻测试前缘实验值对比分析,结果表明拟合值比实验值拟合较好,但要更长的时间方能突破水合物的分解前缘。

天然气水合物热分解实验研究

设计了多孔介质中天然气水合物形成/分解实验装置,并对天然气水合物注热水分解进行了系列实验,通过热电偶和电阻测试来分析水合物分解前缘的规律性.实验结果表明,水合物分解过程呈现明显的阶段性特征;拟合值比实验值需要更长的时间方能突破水合物的分解前缘.

水合物储层钻井水合物分解及井眼坍塌分析

南海泥质细粉砂水合物储层钻井过程极易发生井眼坍塌和扩径,威胁水合物钻采安全。鉴于此,利用Fortran语言并结合水合物分解动力学理论,编写了用以实现水合物钻井过程井周水合物相变分解和分解前缘动态移动的DISSOCIATION子程序,并开展了钻井液扰动效应试验以验证DISSOCIATION子程序的有效性,在此基础上探究了水合物分解对井眼屈服坍塌的影响。研究结果发现:尽管钻井液扰动效应试验中水合物分解到3个探针位置所用时间均小于数值模拟结果,但与模拟结果均相差极小;当考虑水合物分解时井眼扩大率为50.25%,而忽略水合物分解时井眼扩大率则仅为19.23%,为考虑水合物分解时的38.27%。所编制的DISSOCIATION子程序可用于水合物储层钻井井壁失稳的多场耦合数值模拟,且水合物储层钻井井眼稳定性分析务必要考虑水合物相变分解的影响。

天然气水合物藏注热开采敏感参数分析

天然气水合物作为一种潜在的未来能源,其开采已经成为天然气工业新的研究热点。基于水合物藏热力开采的机理,建立了数学模型并编制了软件,对影响水合物藏注热开采效果的参数进行了敏感性分析。结果表明,分解前缘移动速度和累积产气量主要受孔隙度、注热温度、初始水合物饱和度、水合物藏初始温度、分解区导热系数和热扩散系数的影响,而未分解区的热力学参数对注热开采影响不大,该研究对今后水合物藏的注热开采具有一定的指导意义。

水合物沉积层中考虑相变的热传导分析

水合物沉积层中含相变的热传导是沉积物中水合物热分解的最基本的物理化学过程,热传导引起的相变区域扩展、气液渗流和土体软化变形很可能导致地层失稳,造成工程结构物的破坏或者环境灾害.本文对沉积物中水合物热分解问题进行了解耦,提出了热分解引起地层失稳问题的简便分析方法.在相变阵面假定的基础上,提出了新型的热传导模型,得到了一维自相似理论解,同时建立了相应的数值模拟方法.在实验室内进行了四氢呋喃水合物沉积物热分解模型试验,通过对比,理论分析、数值计算与试验结果吻合较好.