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2008年3月第23卷第2期西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)

JournalofXi′anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.2008

Vol.23No.2

　　文章編號:16732064X(2008)0220044204

天然氣水合物熱激勵法開采模型研究

Astudyontheseepagemodelfortheexploitationofnaturalgashydratebythermalexcitation

侯力群1,112

(1.,,北京100031)

摘要:,建立了天然氣水合物熱激勵法開采數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上考慮

.利用有限差分法對壓力和溫度控制方程進行了數(shù)值求解,同時分析了地層壓力場和溫度場的分布規(guī)律、天然氣的產(chǎn)量變化特征以及滲透率對它們的影響.計算結(jié)果表明,在水合物分解前沿,壓力值出現(xiàn)跳躍而溫度值達到最低點,天然氣的產(chǎn)量隨時間呈明顯的周期性變化趨勢,而且隨著時間增長,周期逐漸變長,對滲透率的變化敏感.通過分析比較,計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合很好.關(guān)鍵詞:天然氣水合物;熱激勵法;數(shù)學(xué)模型;逆反應(yīng)中圖分類號:TE5　　文獻標(biāo)識碼:A　　天然氣水合物是由天然氣(主要是甲烷)和水在低溫高壓的條件下形成的一種固態(tài)晶狀物質(zhì),其形成條件和分解條件都比較特殊.當(dāng)溫度高于臨界溫度或壓力低于臨界壓力時,平衡被破壞,固態(tài)的水合物就會分解;反之,當(dāng)溫度低于臨界溫度或壓力高于臨界壓力時,液態(tài)的水和游離的天然氣又會合成固態(tài)的水合物,即逆反應(yīng)過程.目前對水合物開采方法的研究主要是采用降壓法模型

[126]

1　數(shù)學(xué)模型的建立

1.1　基本假設(shè)

為了合理地簡化數(shù)學(xué)模型以便于方程的推導(dǎo),需要作以下一些假設(shè):①水合物的分解為分子動力

學(xué)模型;②熱能(如電磁加熱等)從井底穩(wěn)定注入,井底溫度保持恒定值;③地層中水合物的分解是從井底活塞式逐漸向外推移,而不是在整個水合物區(qū)同時進行;④考慮天然氣水合物可逆反應(yīng)的存在.1.2　滲流數(shù)學(xué)模型

,對熱激勵法開

采模型的研究還很少,而且其采用的模型都沒有考慮逆反應(yīng)的影響.事實上逆反應(yīng)的存在對水合物在地層中的分解速度以及天然氣的產(chǎn)量都有著很大影響,尤其是在熱激勵法開采中,這一點已經(jīng)通過實驗得到了證實[7].為此,本文在水合物分解的分子動力學(xué)模型[8]基礎(chǔ)上,根據(jù)質(zhì)量和能量守恒,推導(dǎo)了天然氣水合物熱激勵法開采的壓力溫度控制方程,并運用有限差分方法對模型進行了數(shù)值求解,通過分析比較得到了天然氣水合物開采過程的壓力、溫度的分布規(guī)律以及天然氣產(chǎn)量的變化特征.

天然氣水合物的分解是一個吸熱的過程,地層的溫度分布是不均勻的而且是變化的,因此,流體在地層中的滲流是一個非等溫的滲流過程.根據(jù)連續(xù)性假設(shè),質(zhì)量守恒和能量守恒方程的有限積分形式可以統(tǒng)一表示為

dt

Ψdv=Qdv,∫H?ndΓ+∫

vn

Γn

vn

(1)

式中,Ψ為累積項;H為達西流動項;Q為源匯項;

收稿日期:2007209225

基金項目:國家自然科學(xué)基金(10572143)和“十一五”中科院與中海油重大科技攻關(guān)合作項目(KJCX22YW2L02)研究成果作者簡介:侯力群(19792),男,博士,主要從事石油天然氣開發(fā)與油藏數(shù)值模擬研究工作.

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