天然氣水合物分解后只產(chǎn)生甲烷和水,相對(duì)于傳統(tǒng)化石能源而言是一種清潔高效環(huán)境友好的替代能源,已經(jīng)受到世界各國(guó)的高度重視,相繼對(duì)其進(jìn)行資源勘探與開(kāi)采研究。目前,全球已探明天然氣水合物有機(jī)碳儲(chǔ)量相當(dāng)于全球已探明化石燃料(煤、石油、天然氣)總量的兩倍。天然氣水合物在南海沉積物儲(chǔ)層中呈膠結(jié)或填充分布特征,天然氣水合物礦藏分解過(guò)程會(huì)伴隨劇烈的相變、氣水運(yùn)移以及組分變化,天然氣水合物礦藏的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)開(kāi)采效率的控制和地層傳熱調(diào)控有重要影響,同時(shí)導(dǎo)熱特性是開(kāi)采模擬程序的重要物性參數(shù),因此對(duì)含水合物多孔介質(zhì)導(dǎo)熱特性變化規(guī)律和導(dǎo)熱系數(shù)模型研究有重要意義。本文實(shí)驗(yàn)研究了孔隙度和水合物飽和度對(duì)含水合物南海沉積物樣品導(dǎo)熱特性的影響,分析了導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律以及變化原因,通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行梯度降溫生成和升溫分解研究了水合物生成和分解對(duì)與樣品導(dǎo)熱系數(shù)的影響,飽和度較高的樣品隨著水合物分解導(dǎo)熱系數(shù)小幅下降,可能會(huì)影響水合物開(kāi)采過(guò)程的傳熱傳質(zhì)過(guò)程;100%水合物飽和樣品由于水合物生成和分解導(dǎo)致儲(chǔ)層形態(tài)變化,導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)出現(xiàn)較大幅度變化。另一方面,通過(guò)人工合成和海洋土粒徑分布相似的蒙脫土,實(shí)驗(yàn)研究了不同工況下孔隙內(nèi)部相變導(dǎo)致的導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律,冰融化導(dǎo)致孔隙內(nèi)冰顆粒熱橋遭到破壞,導(dǎo)熱系數(shù)下降11%-30%,水合物生成導(dǎo)致體系內(nèi)部顆粒之間形成穩(wěn)定的熱橋,導(dǎo)熱系數(shù)普遍升高12%-40%,水合物分解導(dǎo)致的氣水運(yùn)移和骨架重建使導(dǎo)熱系數(shù)下降5%-29%,變化率與初始水飽和度成正相關(guān)關(guān)系,研究結(jié)果表明水合物相變會(huì)引起儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù)變化,因此開(kāi)采過(guò)程中需要強(qiáng)化傳熱。本文將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有效介質(zhì)模型進(jìn)行比對(duì),大部分已有模型誤差較大,且難以適用于南海粉質(zhì)泥沙體系,本文以畢達(dá)哥拉斯公式為基礎(chǔ),將水合物飽和度和可變參數(shù)聯(lián)系起來(lái),建立了適用于南海粉質(zhì)泥沙的導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測(cè)模型,并對(duì)世界其他國(guó)家開(kāi)采項(xiàng)目的導(dǎo)熱數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),平均誤差小于13%;并提出了適用于含水合物球形玻璃砂的導(dǎo)熱系數(shù)模型,該模型引入熱阻原理,假設(shè)球形顆粒接觸區(qū)域存在水合物熱橋,球形顆粒周?chē)街畬?與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì),預(yù)測(cè)效果良好。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TE311

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本文編號(hào)：2822099