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

JournalofXi′anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.2008

Vol.23No.2

　　文章編號(hào):16732064X(2008)0220044204

天然氣水合物熱激勵(lì)法開(kāi)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(lì)法開(kāi)采數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上考慮

.利用有限差分法對(duì)壓力和溫度控制方程進(jìn)行了數(shù)值求解,同時(shí)分析了地層壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布規(guī)律、天然氣的產(chǎn)量變化特征以及滲透率對(duì)它們的影響.計(jì)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(dá)到最低點(diǎn),天然氣的產(chǎn)量隨時(shí)間呈明顯的周期性變化趨勢(shì),而且隨著時(shí)間增長(zhǎng),周期逐漸變長(zhǎng),對(duì)滲透率的變化敏感.通過(guò)分析比較,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合很好.關(guān)鍵詞:天然氣水合物;熱激勵(lì)法;數(shù)學(xué)模型;逆反應(yīng)中圖分類號(hào):TE5　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí),平衡被破壞,固態(tài)的水合物就會(huì)分解;反之,當(dāng)溫度低于臨界溫度或壓力高于臨界壓力時(shí),液態(tài)的水和游離的天然氣又會(huì)合成固態(tài)的水合物,即逆反應(yīng)過(guò)程.目前對(duì)水合物開(kāi)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(jiǎn)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(dòng)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(gè)水合物區(qū)同時(shí)進(jìn)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(duì)熱激勵(lì)法開(kāi)

采模型的研究還很少,而且其采用的模型都沒(méi)有考慮逆反應(yīng)的影響.事實(shí)上逆反應(yīng)的存在對(duì)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(lì)法開(kāi)采中,這一點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí)[7].為此,本文在水合物分解的分子動(dòng)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(lì)法開(kāi)采的壓力溫度控制方程,并運(yùn)用有限差分方法對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值求解,通過(guò)分析比較得到了天然氣水合物開(kāi)采過(guò)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(gè)吸熱的過(guò)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(gè)非等溫的滲流過(guò)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(xiàng);H為達(dá)西流動(dòng)項(xiàng);Q為源匯項(xiàng);

收稿日期:2007209225

基金項(xiàng)目:國(guó)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(xiàng)目(KJCX22YW2L02)研究成果作者簡(jiǎn)介:侯力群(19792),男,博士,主要從事石油天然氣開(kāi)發(fā)與油藏?cái)?shù)值模擬研究工作.

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