【摘要】：進入二十一世紀的中國,經(jīng)濟的發(fā)展已是日新月異,所以對于能源的需求也是與日俱增。作為常規(guī)能源的煤、石油及天然氣已經(jīng)滿足不了經(jīng)濟的快速發(fā)展；同時常規(guī)能源的無節(jié)制使用也造成了諸多環(huán)境問題,因此尋求高效節(jié)能的能源己被我國所重點關(guān)注。 天然氣水合物就是一種高效潔凈的能源,其特點是分布較廣、資源量相對巨大、埋藏淺、存儲層規(guī)模大、能量密度高等。我國又是世界第三大凍土區(qū),凍土面積約215萬km2,具備良好的天然氣水合物形成的條件,粗略估算凍土區(qū)水合物資源量至少有350億噸油當量,因此多年來對于天然氣水合物的開發(fā)與利用都是我國所致力研究的問題。然而有效的開采方法一直是困擾著對其大規(guī)模利用的關(guān)鍵所在；對天然氣水合物開采理論上已有幾種方法：降壓法、熱激法、注入抑制劑法及理論上的CO：置換法。但是每種方法都有其缺點和局限性；本文在調(diào)研了國內(nèi)外有關(guān)天然氣水合物開采的數(shù)值計算以及有限元模擬基礎(chǔ)之上,充分考慮了天然氣水合物的熱激法開采的機理,通過模擬計算改變開采介質(zhì)的溫度、壓力和流速以及作用時間等開采參數(shù)來辨別影響天然氣水合物開采的主要因素。 本文首先建立數(shù)學模型,利用數(shù)值計算方法推導出開采天然氣水合物所需的能量；其次詳細介紹了由吉林大學自主研發(fā)的天然氣水合物試開采系統(tǒng)及采氣系統(tǒng)的工作原理以及對開采系統(tǒng)和采氣系統(tǒng)的調(diào)試工作；第三有限元模擬；通過對影響天然氣水合物開采的溫度、壓力、流速及作用時間四者的有效組合模擬優(yōu)化出適合熱激法開采天然氣水合物的理論參數(shù)；同時依據(jù)青海木里盆地天然氣水合物地層參數(shù)和吉林大學自主研發(fā)的天然氣水合物試開采系統(tǒng)的設(shè)備能力進行有限元模擬參數(shù)設(shè)置,以達到理論模擬與實際的有效結(jié)合,模擬優(yōu)化出適合凍土區(qū)熱激法開采的工藝參數(shù)。 通過上述的工作本文得到了溫度是熱激法開采水合物的主導因素,同時過高的溫度也會帶來壓力的增大,反而抑制了水合物的分解,所以要將溫度與壓力同時考慮以作優(yōu)化。通過優(yōu)化得出當溫度為80℃,壓力8MPa,流速為2m/s時熱流體影響的半徑最大,其水平影響半徑可達6.75m。同時將熱流體加熱至熱蒸汽時開采效果更佳,主要是熱蒸汽與水合物作用時首先是由氣相變?yōu)橐合鄷r放出大量的熱,其次變?yōu)橐后w時在常溫常壓下仍是100℃的熱水,與80℃的熱水相比具有更高的能量。但用熱蒸汽開采時要充分考慮設(shè)備的承受能力。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：P744.4
【圖文】：

第一章緒論第一章緒論天然氣水合物又名“可燃冰”(na加ralgash州rate)，其形成條件是在高壓低溫下由水和小客體氣體分子構(gòu)成的類冰、非化學計量、籠形固態(tài)化合物，俗稱“可燃冰”【‘]。天然氣水合物是一種主一客體化合物，水分子形成一種點陣結(jié)構(gòu)，天然氣分子填充于點陣間的空穴，形成點陣的水分子之間依靠較強的氫鍵結(jié)合，天然氣分子與水分子之間則以較弱的范德華力相互吸引[2]。在低溫高壓條件下的天然氣水合物主要有51、SH和sH型3種結(jié)構(gòu)類型[31。表1.1天然氣水合物結(jié)構(gòu)理性

圖1.2有機碳燃料分布圖合物之所以能夠替代常規(guī)化石能源的另一個重要原因是，水合物中得到的甲烷氣體(CZH。、C3HS、C4H10)中的碳/氫比小用以下兩個反應(yīng)方程式表示:Zeoaz(研)+2工。。。Zeo。+萬。o2口24+202斗COZ+ZHZO............程式可得知，釋放出同樣熱量的甲烷氣體產(chǎn)生的C0。少，所水合物是一種潔凈的能源[8]。因此，利用天然氣水合物不僅，同時還可減小由C02造成的溫室效應(yīng)�；谔烊粴馑衔锝绾芏鄧覐哪茉窗踩嵌瓤紤]已將天然氣水合物列入國制訂了諸多有關(guān)天然氣水合物的研究和發(fā)展計劃以及建立

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本文編號：2742618