天然气水合物降压分解多物理场耦合数值模拟研究

作     者：廖静容 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴杨

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：含水合物沉积物 降压分解 多物理场耦合 数值模拟 力学特性 

摘      要：天然气水合物是具有广阔前景的新型优质能源,降压令水合物分解产气是目前较为常见的水合物开采技术方法。水合物的降压分解涉及相态转化、多相渗流、温度等多个物理场的变化,且水合物的分解会影响沉积层的力学特性,引起沉积层变形甚至海底地质灾害。建立能够正确描述水合物分解多物理场耦合过程的数值模型,探究水合物分解的产气产水规律及对沉积层变形的影响机理,对安全高效开采水合物有重要的参考意义及工程应用价值。本文采用理论分析与数值模拟结合的方法,针对水合物降压分解过程中的多物理场耦合行为进行了研究,具体工作及结论如下:(1)基于水合物分解多物理场耦合理论,建立能够描述水合物降压分解过程中的化学变化、气液渗流、热量传递和力学变形等特性的多物理场耦合数值模型,并结合COMSOL Multiphysics?软件建立能够模拟水合物降压分解行为的有限元计算程序;(2)采用Berea砂岩岩心水合物降压分解试验和含水合物沉积物三轴剪切试验的结果对本文所建立的数值模型进行验证分析,证明本数值模型的有效性,并分析了水合物饱和度、有效围压及温度对含水合物沉积物力学特性的影响;(3)对水合物降压分解室内试验进行仿真模拟,深入分析了含水合物沉积物在降压分解过程中的分解、渗流、温度和力学特性变化。结果表明本模型预测的水合物分解情况和沉积物应力应变关系与试验结果拟合效果较好。(4)基于已建立的多物理场耦合数值模型,研究了不同模型参数条件下含水合物沉积物的分解特性及产气规律,完成了多个参数的敏感性分析,可为后续水合物降压分解模拟研究提供一定的参考。