基于分子动力学模拟的天然气水合物空蚀作用规律

作     者：黄浩宸 张逸群 武晓亚 李根生 惠程玉 江宜泉 HUANG Haochen;ZHANG Yiqun;WU Xiaoya;LI Gensheng;HUI Chengyu;JIANG Yiquan

作者机构：中国石油大学(北京)石油工程学院 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2023年第43卷第5期

页      面：129-140页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目“天然气水合物井底径向空化射流增产机理与调控方法研究”(编号:52174009) 国家重大科研仪器研制项目“水力喷射径向水平井综合实验系统”(编号:51827804) 广东省海洋经济发展(海洋六大产业)专项资金项目“天然气水合物储层改造增产与测试技术支撑”(编号:GDNRC44)。 

主　　题：天然气水合物 分子动力学模拟 Materials Studio 空蚀作用 微观赋存环境 空蚀微环境 Ⅰ型水合物 

摘      要：固态流化法开采天然气水合物(以下简称水合物)过程中,空化射流对水合物软质泥沙具有很强的破坏作用,然而,目前针对水合物的空蚀作用规律尚不明晰。为此,基于Ⅰ型水合物的晶体架构建立了水合物空蚀破坏模型,采用分子动力学模拟软件Materials Studio建立不同微观赋存环境下的水合物模型,分析了空泡近壁溃灭形成的空蚀微环境对水合物分解的作用规律,并将其与常规降压开采法下的水合物分解过程进行对比,进而研究了不同空蚀微环境和微观赋存环境对水合物分解的影响。研究结果表明:①空蚀微环境能够有效加快水合物的分解,模拟条件下分解速率可达常规降压开采法的22.5倍;②空蚀微环境温度的升高对水合物空蚀分解起正向促进作用,作用效果较压力更为显著;③空蚀微环境在低温高压情况时会抑制水合物的分解,特定温度下存在分解速率最快的冲击压力值;④不同微观赋存环境下水合物的分解特征不同,水环境下的水合物分解效果优于甲烷气体环境,但空蚀作用能降低该影响。结论认为:基于分子动力学的水合物空蚀作用研究成果,能够为空化效应在开发水合物过程中的应用提供理论支撑和技术支持。