第1章 绪论 1
1.1 天然气水合物 1
1.1.1 气体水合物的性质和特点 1
1.1.2 天然气水合物的形成与分布 3
1.1.3 天然气水合物的潜在应用 5
1.1.4 天然气水合物的研究历史及现状 5
1.2 天然气水合物储藏方式及开采方法 7
1.3 多孔介质中天然气水合物基础物性研究进展 8
1.3.1 天然气水合物热力学研究进展 8
1.3.2 天然气水合物动力学研究进展 11
1.3.3 多孔介质－水合物系统传质传热研究进展 12
1.4 天然气水合物降压开采数值模拟研究进展 14
1.5 国内天然气水合物研究进展 17
第2章 天然气水合物相平衡热力学模型理论 20
2.1 经验方法 20
2.1.1 气体重度法 20
2.1.2 分配系数法 21
2.2 气体水合物相平衡热力学模型 21
2.2.1 vdW-P热力学模型 21
2.2.2 Chen-Guo模型 25
2.2.3 水的逸度模型 28
2.2.4 气体逸度的计算 31
2.3 纯水体系下天然气水合物相平衡模拟 36
2.3.1 水合物相自由度的确定 36
2.3.2 纯甲烷气体水合物相平衡 37
2.4 添加剂存在下天然气水合物相平衡的模型研究 39
2.4.1 添加剂介绍 40
2.4.2 UNIFAC基团贡献法 41
2.4.3 添加剂存在下天然气水合物模型研究 43
第3章 多孔介质中天然气水合物生成和降压分解实验研究 47
3.1 天然气水合物生成和分解实验系统 47
3.2 含天然气水合物多孔介质实验参数确定 50
3.2.1 孔隙度 50
3.2.2 渗透率 51
3.2.3 反应生成水合物饱和度的计算 51
3.3 相平衡实验及结果分析 53
3.3.1 天然气水合物相平衡测量方法 53
3.3.2 多孔介质中天然气水合物相平衡测量 53
3.3.3 实验结果分析 54
3.4 多孔介质中天然气水合物降压分解实验 57
3.4.1 实验流程 57
3.4.2 水合物分解动态特性分析 58
3.4.3 边界传热对分解速率的影响 60
第4章 含水合物多孔介质渗透率测量 63
4.1 气测含水合物多孔介质渗透率实验研究 63
4.1.1 测量原理 63
4.1.2 实验设备及实验步骤 65
4.1.3 实验结果分析 66
4.2 水合物在多孔介质中的生成模式 69
4.3 多孔介质中含水合物渗透率模型 70
4.3.1 渗透率模型介绍 70
4.3.2 模型与实验结果比较 73
第5章 多孔介质－水合物渗透率孔隙网络模型研究 75
5.1 孔隙网络模型介绍 75
5.1.1 孔隙网络模型描述 75
5.1.2 孔隙网络模型研究多孔介质渗透率 76
5.2 无水合物多孔介质绝对渗透率计算 78
5.2.1 孔隙网络模型建立 78
5.2.2 毛细管孔隙网络模型模拟流体流动 79
5.2.3 收敛性研究 80
5.3 含水合物多孔介质绝对渗透率计算 81
5.3.1 相平衡偏移 82
5.3.2 水合物－多孔介质系统孔隙网络模型计算 83
第6章 天然气水合物降压分解数学模型建立及求解 89
6.1 数学模型建立 89
6.1.1 质量守恒方程 90
6.1.2 能量守恒方程 92
6.1.3 边界条件和初始条件 92
6.1.4 水合物生成分解动力学 93
6.2 物理性质和平衡压力计算 94
6.2.1 密度 94
6.2.2 传热系数与比热容 95
6.2.3 黏度 95
6.2.4 相对渗透率和毛细压力 96
6.2.5 水合物相平衡压力 96
6.3 数学模型求解 97
6.3.1 有限差分离散 97
6.3.2 非线性方程组求解 99
6.3.3 线性方程组求解 102
6.3.4 计算流程及程序实现 103
6.4 模型验证 104
6.4.1 同Masuda实验结果对比 105
6.4.2 同本文实验结果对比 106
6.4.3 收敛性分析 107
第7章 水合物降压分解敏感性分析 111
7.1 降压分解特性分析 111
7.2 水合物分解控制机理研究 115
7.2.1 水合物本征反应动力学影响 116
7.2.2 气、水两相流动影响 117
7.2.3 传热系数影响 120
7.3 初始条件和边界条件 122
7.3.1 初始温度 122
7.3.2 初始饱和度 123
7.3.3 绝对渗透率 127
7.3.4 出口压力 129
7.3.5 边界传热 134
参考文献 141
附录 153