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《中国地质大学》 2003年
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天然气水合物钻进时井内温度分布模型研究

张凌  
【摘要】: 天然气水合物是一种在低温和高压条件(一般为0℃,10MPa)下由一定数量的水分子和天然气气体分子所形成的具有能量密度大、储量大和分布广特点的洁净的新型替代能源。天然气水合物研究是当代地球科学和能源工业发展的一大热点。该研究涉及到新一代能源的探查开发、温室效应、全球碳循环和气候变化、古海洋、海洋地质灭害、天然气运输、油气管道堵塞、船艇能源更新和军事防御等,并有可能对地质学、环境科学和能源工业的发展产生深刻的影响。 天然气水合物的钻探(井)技术是实施其勘探与开发的关键性难题。在水合物地层中钻进时,储层井壁和井底附近地层应力释放,地层压力降低,同时,钻头切削岩石、井底钻具与井壁及岩心的摩擦都会产生大量的热能,另外,还存在循环泥浆温度控制的合适程度问题,这些都可能使孔内温度升高,从而造成水合物的分解。钻进过程中水合物的分解会对钻井、钻进质量、设备和环境等造成严重危害。所以,钻进过程中井内温度、压力的掌握和控制,是保证正常钻进、确定合理钻探规程、避免事故、提高钻探社会效益和经济效益的一个重要问题。 由于钻井过程中难以用实测方法对井内温度进行连续测量,因此,建立适当的数学模型对其进行模拟就成为确定井内温度的主要途径。国内外已有许多学者对此进行了研究,并得出了一些模型,而这些模型或多或少地在某些方面进行了简化,从而使其准确程度和适用范围受到了限制,但这些为以后的计算传热学的进一步发展奠定了基础。 本文以国家自然科学基金项目“天然气水合物钻进过程中井内热压力特性研究”为背景,在分析研究已发现的天然气水合物的物理化学和力学特性以及国内外实验研究成果的基础上,运用控制容积积分法与公式直接求解法推导出了相应的井内温度分布数学模型,初步考察了两种建模方法的适应性。在上述基础上,论文讨论了控制容积积分法数学模型的离散化方法,并提出了数值计算时所需的一些相关的算法;着重讨论了在公式直接求解法中,对推导出来的二次常系数非线性方程直接求解方法,之后根据边界条件确定了积分常数,还编制了相应的计算机程序,并对5个不同的实例进行了数值处理,得出了井内的温度分布曲线。 本文主要章节内容如下: 第一章:首先介绍了天然气水合物的特点与研究意义以及本课题研究的目的和意义,接着叙述了天然气水合物和本课题的国内外研究现状,最后提出了本文要解决的问题及研究途径; 第二章:主要描述了天然气水合物物理化学性质,其中包括天然气水合物的结构、组成、组分的互溶性以及形成的条件; 第三章:对建立数学模型的一般步骤和建模过程中遇到的一些相关的概念作了介绍; 第四章:主要是运用控制容积积分法与公式直接求解法推导出了相应的井内温度分布数学模型,在控制容积积分法中主要讨论了数学模型的离散化方法与对其进行数值计算时所需 WP=5 的一些相关的算法,而在公式直接求解法中,则对推导出来的二次常系数非线性方程进行了直接求解,并根据边界条件确定了微分常数; 第五章:利用公式直接求解法的结果和编制的计算机程序对5个不同的实例进行了数值处理,并对相关的井内及环状空间中的温度分布曲线进行了绘制和分析; 第六章:阐述了本文所得出的主要结论,并提出了存在的问题和建议。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P744

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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6 张家忠;孙旭;雷鹏飞;;低速气流中二元叶片颤振数值模拟与Hopf分岔分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
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2 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
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4 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
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3 孟宪宇;汽车传动带疲劳寿命试验台研究[D];长春理工大学;2010年
4 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
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7 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【二级引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王宪忠;天然气水合物[N];大众科技报;2000年
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3 本报记者 窦克林 通讯员 陈惠玲;科技进步:我国海洋勘查的支撑[N];中国矿业报;2011年
4 樊栓狮;天然气水合物如何成为后续能源[N];中国化工报;2005年
5 记者 滕艳 特约记者 曹雪晴;模拟实验研究推进天然气水合物探测[N];中国国土资源报;2011年
6 本报通讯员 肖宝巨;点燃“冰”火[N];工人日报;2009年
7 李明明;青藏高原冻土区天然气水合物钻探计划通过论证[N];中国矿业报;2010年
8 毛彬;天然气水合物开发的利与弊[N];中国海洋报;2004年
9 肖宝巨;点燃“冰”火[N];中国煤炭报;2009年
10 本报记者 肖宝巨;点燃“冰”火[N];中煤地质报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕琳;天然气水合物(地球物理属性)的神经网络识别方法及软件开发[D];吉林大学;2011年
2 贾瑞;天然气水合物热管式孔底快速冷冻机构及蒸汽法试开采试验研究[D];吉林大学;2013年
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4 赵江鹏;天然气水合物钻控泥浆制冷系统及孔底冷冻机构传热数值模拟[D];吉林大学;2011年
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7 孙建业;海洋沉积物中天然气水合物开采实验研究[D];中国海洋大学;2011年
8 涂运中;海洋天然气水合物地层钻井的钻井液研究[D];中国地质大学;2010年
9 杨圣文;天然气水合物开采模拟与能效分析[D];华南理工大学;2013年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张凌;天然气水合物钻进时井内温度分布模型研究[D];中国地质大学;2003年
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3 毕海波;台西南海域天然气水合物含量估算及地球化学特征分析[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
4 王峰博;天然气水合物制备过程中的多相流传递研究[D];北京化工大学;2010年
5 庞群利;深水油气田开发过程中的天然气水合物预测模型研究[D];中国石油大学;2010年
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7 李国圣;天然气水合物钻探泥浆冷却系统数值模拟及应用研究[D];吉林大学;2011年
8 郭星旺;祁连山冻土区天然气水合物测井响应特征及评价[D];中国地质科学院;2011年
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10 屈科辉;输送天然气水合物的管道及双流道提升泵流场分析[D];中南大学;2010年
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