發(fā)布時(shí)間：2020-09-09 17:13

　　 天然氣水合物是一種在低溫和高壓條件（一般為0℃，10MPa）下由一定數(shù)量的水分子和天然氣氣體分子所形成的具有能量密度大、儲(chǔ)量大和分布廣特點(diǎn)的潔凈的新型替代能源。天然氣水合物研究是當(dāng)代地球科學(xué)和能源工業(yè)發(fā)展的一大熱點(diǎn)。該研究涉及到新一代能源的探查開發(fā)、溫室效應(yīng)、全球碳循環(huán)和氣候變化、古海洋、海洋地質(zhì)滅害、天然氣運(yùn)輸、油氣管道堵塞、船艇能源更新和軍事防御等，并有可能對(duì)地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和能源工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。 天然氣水合物的鉆探（井）技術(shù)是實(shí)施其勘探與開發(fā)的關(guān)鍵性難題。在水合物地層中鉆進(jìn)時(shí)，儲(chǔ)層井壁和井底附近地層應(yīng)力釋放，地層壓力降低，同時(shí)，鉆頭切削巖石、井底鉆具與井壁及巖心的摩擦都會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，另外，還存在循環(huán)泥漿溫度控制的合適程度問題，這些都可能使孔內(nèi)溫度升高，從而造成水合物的分解。鉆進(jìn)過程中水合物的分解會(huì)對(duì)鉆井、鉆進(jìn)質(zhì)量、設(shè)備和環(huán)境等造成嚴(yán)重危害。所以，鉆進(jìn)過程中井內(nèi)溫度、壓力的掌握和控制，是保證正常鉆進(jìn)、確定合理鉆探規(guī)程、避免事故、提高鉆探社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要問題。 由于鉆井過程中難以用實(shí)測方法對(duì)井內(nèi)溫度進(jìn)行連續(xù)測量，因此，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行模擬就成為確定井內(nèi)溫度的主要途徑。國內(nèi)外已有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，并得出了一些模型，而這些模型或多或少地在某些方面進(jìn)行了簡化，從而使其準(zhǔn)確程度和適用范圍受到了限制，但這些為以后的計(jì)算傳熱學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“天然氣水合物鉆進(jìn)過程中井內(nèi)熱壓力特性研究”為背景，在分析研究已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物的物理化學(xué)和力學(xué)特性以及國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用控制容積積分法與公式直接求解法推導(dǎo)出了相應(yīng)的井內(nèi)溫度分布數(shù)學(xué)模型，初步考察了兩種建模方法的適應(yīng)性。在上述基礎(chǔ)上，論文討論了控制容積積分法數(shù)學(xué)模型的離散化方法，并提出了數(shù)值計(jì)算時(shí)所需的一些相關(guān)的算法；著重討論了在公式直接求解法中，對(duì)推導(dǎo)出來的二次常系數(shù)非線性方程直接求解方法，之后根據(jù)邊界條件確定了積分常數(shù)，還編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，并對(duì)5個(gè)不同的實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值處理，得出了井內(nèi)的溫度分布曲線。 本文主要章節(jié)內(nèi)容如下： 第一章：首先介紹了天然氣水合物的特點(diǎn)與研究意義以及本課題研究的目的和意義，接著敘述了天然氣水合物和本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后提出了本文要解決的問題及研究途徑； 第二章：主要描述了天然氣水合物物理化學(xué)性質(zhì)，其中包括天然氣水合物的結(jié)構(gòu)、組成、組分的互溶性以及形成的條件； 第三章：對(duì)建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟和建模過程中遇到的一些相關(guān)的概念作了介紹； 第四章：主要是運(yùn)用控制容積積分法與公式直接求解法推導(dǎo)出了相應(yīng)的井內(nèi)溫度分布數(shù)學(xué)模型，在控制容積積分法中主要討論了數(shù)學(xué)模型的離散化方法與對(duì)其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)所需 WP=5 的一些相關(guān)的算法，而在公式直接求解法中，則對(duì)推導(dǎo)出來的二次常系數(shù)非線性方程進(jìn)行了直接求解，并根據(jù)邊界條件確定了微分常數(shù)； 第五章：利用公式直接求解法的結(jié)果和編制的計(jì)算機(jī)程序?qū)?個(gè)不同的實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值處理，并對(duì)相關(guān)的井內(nèi)及環(huán)狀空間中的溫度分布曲線進(jìn)行了繪制和分析； 第六章：闡述了本文所得出的主要結(jié)論，并提出了存在的問題和建議。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2003
【中圖分類】：P744
【部分圖文】：

天然氣水合物的壓力（深度）—溫度穩(wěn)定區(qū)間圖

與普通冰的氫鍵長度幾乎相同（0.276μm）圖 2-1 天然氣水合物結(jié)構(gòu)單元圖a—有 14 個(gè)晶面的多面體；b—五角十二面體；c—有 16 個(gè)晶面的多面體

天然氣水合物的晶格a—Ⅰ型結(jié)構(gòu)天然氣水合物的晶胞；b—Ⅱ型結(jié)構(gòu)天然氣水合物的晶胞

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8 王彥瑞;曾樹兵;嚴(yán)雪蓮;高秀敏;;水合物在海洋天然氣運(yùn)輸中應(yīng)用探討[A];2009年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2009年

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7 ;與國家需求共呼吸 立科學(xué)前沿同攀登[N];中國國土資源報(bào);2010年

8 中國工程院院士 金慶煥;未來的新能源—天然氣水合物[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

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6 鄧輝;臺(tái)灣西南海域地震數(shù)據(jù)處理及天然氣水合物識(shí)別[D];中國科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）;2006年

7 龐守吉;祁連山木里天然氣水合物鉆孔沉積構(gòu)造特征及與水合物分布關(guān)系研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

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10 徐寧;東海天然氣水合物地球物理特征及全波形反演方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2007年

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3 畢海波;臺(tái)西南海域天然氣水合物含量估算及地球化學(xué)特征分析[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2010年

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6 房治強(qiáng);凍土區(qū)天然氣水合物熱激法試開采系統(tǒng)及數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2011年

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10 屈科輝;輸送天然氣水合物的管道及雙流道提升泵流場分析[D];中南大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2815245