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天然气水合物作为未来新的替补能源已越来越受到人们的重视。目前,国内外对天然气水合物开采方法的研究主要是降压法,而对热激励法的研究非常少,且建立的模型中一般未考虑过渡区和逆反应引起的相变影响。所以,进一步发展考虑相变过程的水合物开发理论模型,深入研究水合物降压开采和热激励开采过程中的渗流特性,对水合物开发的机理认识和工程应用都有指导意义。
本文的主要研究工作和主要结论可归结为以下三个方面:
1.为了获得水合物开发过程中更符合实际情况的渗流规律,我们基于水合物分解动力学理论,将整个地层分为近井地带的完全分解区、过渡区和远井地带的未分解区,建立了三区两相渗流新模型。该模型中考虑了水合物储层中热对流和热传导影响、水合物分解过程中的吸热影响、以及水合物分解后由于温度降低再合成水合物的相变过程和相变影响。
2.在降压法开采过程中,地层温度和压力分布曲线被明显地分为三段,温度和压力值呈下降趋势,气体的产量和渗流速度也随时间逐渐减小。从能量传递的方式来看,过渡区中主要是岩石骨架的热传导作用,而在完全分解区,水合物已被全部分解,热量传递的主要方式是热对流。
3.在热激励法开采过程中,由于逆反应作用的影响,天然气产量出现明显的周期性变化趋势,而且随着时间增长,每个变化周期内的天然气产量峰值逐渐减小,变化周期加长。地层压力在过渡区发生跳跃,而地层的温度场由于水合物的分解吸热呈单调的递减趋势。
此外,参数敏感性分析表明,地层渗透率、孔隙度、岩石导热系数、边界加热温度等是影响天然气水合物分解过程中的渗流特性、以及地层温度场和压力场分布规律的主要因素。