目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 天然氣水合物研究意義與進(jìn)展 1
1.2 天然氣水合物基礎(chǔ)物性 4
1.3 天然氣水合物儲(chǔ)層特征 5
1.4 天然氣水合物開采技術(shù)與儲(chǔ)層安全 7
1.5 天然氣水合物基礎(chǔ)研究前沿挑戰(zhàn) 11
參考文獻(xiàn) 12
第2章 天然氣水合物相平衡熱力學(xué) 13
2.1 天然氣水合物相平衡影響因素 13
2.1.1 測(cè)試裝置與技術(shù) 13
2.1.2 多孔介質(zhì)影響 16
2.1.3 鹽度影響 17
2.1.4 氣體組分影響 21
2.2 天然氣水合物相平衡熱力學(xué)模型 22
2.2.1 經(jīng)典熱力學(xué)模型 22
2.2.2 多孔介質(zhì)體系模型 25
2.2.3 含鹽多孔介質(zhì)體系模型 28
2.3 基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測(cè)模型 33
2.3.1 機(jī)器學(xué)習(xí)算法介紹 33
2.3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與模型指標(biāo) 35
2.3.3 模型分析與驗(yàn)證 37
參考文獻(xiàn) 40
第3章 天然氣水合物生成與分解 43
3.1 天然氣水合物成核誘導(dǎo)時(shí)間 43
3.1.1 天然氣水合物成核誘導(dǎo)時(shí)間影響因素 44
3.1.2 天然氣水合物成核誘導(dǎo)時(shí)間預(yù)測(cè) 46
3.1.3 納米材料促進(jìn)天然氣水合物生成 48
3.2 天然氣水合物生長(zhǎng)與賦存形態(tài) 49
3.2.1 天然氣水合物生長(zhǎng)特性 50
3.2.2 水合物生成動(dòng)力學(xué)模型 56
3.2.3 水合物孔隙賦存形態(tài) 61
3.3 天然氣水合物分解與二次生成 67
3.3.1 天然氣水合物分解特性 67
3.3.2 天然氣水合物二次生成特性 69
參考文獻(xiàn) 73
第4章 天然氣水合物儲(chǔ)層導(dǎo)熱特性 75
4.1 有效導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法 75
4.1.1 常規(guī)測(cè)量方法 75
4.1.2 熱敏電阻點(diǎn)熱源法 76
4.2 天然氣水合物儲(chǔ)層導(dǎo)熱特性 79
4.2.1 有效導(dǎo)熱系數(shù)影響因素 79
4.2.2 相變過程有效導(dǎo)熱系數(shù) 81
4.2.3 儲(chǔ)層有效傳熱系數(shù) 84
4.3 水合物儲(chǔ)層有效導(dǎo)熱系數(shù)模型 88
4.3.1 經(jīng)典有效介質(zhì)模型 88
4.3.2 權(quán)重系數(shù)混合模型 91
參考文獻(xiàn) 93
第5章 天然氣水合物儲(chǔ)層滲流特性 95
5.1 天然氣水合物儲(chǔ)層滲透率特征 95
5.1.1 水合物飽和度與滲透率 95
5.1.2 水合物分解及二次生成過程滲透率 102
5.1.3 降壓開采水相非達(dá)西滲透特性 106
5.2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)與相對(duì)滲透率 107
5.2.1 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型 107
5.2.2 氣水相對(duì)滲透率 113
5.3 儲(chǔ)層滲流特性和產(chǎn)氣特征 117
5.3.1 各向異性水合物藏開采模型 118
5.3.2 滲透率各向異性對(duì)開采的影響 120
參考文獻(xiàn) 127
第6章 天然氣水合物儲(chǔ)層力學(xué)特性 130
6.1 天然氣水合物沉積物力學(xué)特性 130
6.1.1 平均粒徑的影響 130
6.1.2 水合物飽和度的影響 132
6.1.3 有效圍壓的影響 133
6.1.4 溫度的影響 134
6.1.5 剪切速率的影響 136
6.1.6 莫爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則分析 137
6.2 天然氣水合物分解過程沉積物力學(xué)特性 138
6.2.1 降壓過程水合物沉積物力學(xué)特性 140
6.2.2 注熱過程水合物沉積物力學(xué)特性 147
6.3 二氧化碳置換開采沉積物力學(xué)特性 153
6.3.1 水合物飽和度與有效圍壓的影響 154
6.3.2 屈服和剪縮特性分析 157
參考文獻(xiàn) 160
第7章 天然氣水合物降壓開采 163
7.1 天然氣水合物降壓開采特征參數(shù) 163
7.1.1 壓力與溫度 163
7.1.2 產(chǎn)氣速率 166
7.1.3 氣水比 168
7.2 天然氣水合物降壓開采影響因素 170
7.2.1 降壓方式 171
7.2.2 儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù) 173
7.2.3 儲(chǔ)層比熱容 176
7.2.4 儲(chǔ)層滲透率 179
7.2.5 水合物飽和度 180
7.3 儲(chǔ)層水含量對(duì)天然氣水合物分解的影響 182
7.3.1 開采過程儲(chǔ)層水含量變化 182
7.3.2 低水量?jī)?chǔ)層降壓開采 184
7.3.3 高水量?jī)?chǔ)層降壓開采 187
7.3.4 不同水含量?jī)?chǔ)層產(chǎn)水 190
7.4 南海沉積物內(nèi)天然氣水合物降壓產(chǎn)氣特性 191
參考文獻(xiàn) 195
第8章 天然氣水合物注熱開采 198
8.1 天然氣水合物注熱開采特征參數(shù) 198
8.1.1 壓力與溫度 198
8.1.2 產(chǎn)氣速率與產(chǎn)氣百分比 199
8.1.3 能源利用系數(shù) 200
8.2 天然氣水合物注熱開采影響因素 201
8.2.1 儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù) 201
8.2.2 儲(chǔ)層比熱 204
8.2.3 水合物初始飽和度 208
8.3 天然氣水合物注熱-降壓聯(lián)合開采產(chǎn)氣特性 210
8.3.1 氣飽和條件下產(chǎn)氣特性 211
8.3.2 水飽和條件下產(chǎn)氣特性 214
8.4 天然氣水合物微波加熱開采產(chǎn)氣特性 217
8.4.1 儲(chǔ)層飽和度影響 217
8.4.2 儲(chǔ)層熱物性影響 221
參考文獻(xiàn) 224
第9章 天然氣水合物置換開采 226
9.1 置換開采原理 226
9.1.1 置換開采熱動(dòng)力學(xué)可行性 226
9.1.2 置換開采力學(xué)可行性 227
9.1.3 置換開采機(jī)制 228
9.2 多相態(tài)區(qū)天然氣水合物置換開采 229
9.2.1 多相態(tài)區(qū)置換效率定義與計(jì)算 229
9.2.2 氣態(tài)和液態(tài)CO2置換開采 234
9.2.3 非穩(wěn)定態(tài)CH4水合物置換開采 236
9.2.4 CO2乳液及超臨界CO2置換開采 237
9.3 天然氣水合物置換開采強(qiáng)化方法 239
9.3.1 降壓強(qiáng)化置換開采 239
9.3.2 注熱強(qiáng)化置換開采 243
9.3.3 抑制劑強(qiáng)化置換開采 247
9.3.4 混合氣置換開采 248
參考文獻(xiàn) 254
第10章 天然氣水合物開采儲(chǔ)層穩(wěn)定性 256
10.1 天然氣水合物沉積物臨界狀態(tài)本構(gòu)模型 256
10.1.1 耗散函數(shù)與流動(dòng)法則 257
10.1.2 硬化規(guī)律 258
10.1.3 真實(shí)應(yīng)力空間中的屈服面 260
10.1.4 彈性關(guān)系與彈塑性關(guān)系 261
10.1.5 模型驗(yàn)證 262
10.2 天然氣水合物開采多物理場(chǎng)耦合數(shù)值模擬 265
10.2.1 傳熱-滲流-變形-化學(xué)耦合控制方程 267
10.2.2 方程求解與模型驗(yàn)證 274
10.3 天然氣水合物開采儲(chǔ)層穩(wěn)定性影響因素 278
10.3.1 井壁溫度變化 278
10.3.2 降壓開采過程 282
10.3.3 多井開采模式 286
10.4 水合物開采儲(chǔ)層穩(wěn)定性分析案例 288
10.4.1 孔壓、溫度及飽和度分布 291
10.4.2 有效應(yīng)力和儲(chǔ)層位移場(chǎng) 294
參考文獻(xiàn) 297
第11章 天然氣水合物開采管道輸運(yùn)安全 299
11.1 管道流動(dòng)特性與堵塞機(jī)理 299
11.1.1 天然氣水合物漿液流動(dòng)特性 299
11.1.2 管道水合物堵塞機(jī)理 304
11.2 管道堵塞監(jiān)檢測(cè)技術(shù) 311
11.2.1 壓差監(jiān)測(cè)技術(shù) 311
11.2.2 壓力波檢測(cè)技術(shù) 315
11.2.3 聲波檢測(cè)技術(shù) 319
11.2.4 超聲波檢測(cè)技術(shù) 322
參考文獻(xiàn) 327