[發明專利]基于數值模擬的可燃冰開采實驗模型測點分布設計方法

有效

• 申請號: 201510018284.1
• 申請日: 2015-01-14
• 公開（公告）號: CN104462734B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 李淑霞;郝永卯;靳玉蓉;鄭如意;李清平;曹文
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及一種基于數值模擬的可燃冰開采實驗模型測點分布設計方法。

背景技術

天然氣水合物是由天然氣和水分子組成的類冰狀的固態結晶體，天然氣主要由甲烷組成，故也稱為甲烷水合物。因含大量的甲烷氣體而具有極強的燃燒力，可以直接燃燒，所以又俗稱為“可燃冰”。天然氣水合物的能量密度很高，據理論計算1m3的飽和天然氣水合物在標準條件下可釋放出164m3的甲烷氣體，是其它非常規氣源巖(諸如煤層氣、黑色頁巖)能量密度的10倍，為常規天然氣能量密度的2～5倍，相當于0.164噸石油的能量。另外，天然氣水合物燃燒只產生二氧化碳和水，不會污染環境，是一種難得的綠色潔凈能源。最重要的是，天然氣水合物的儲量非常豐富。根據天然氣水合物存在的穩定條件分析，陸地上20.7％和大洋底90％的地區具有形成天然氣水合物的有利條件，據此估計全球天然氣水合物中的甲烷碳含量達1016kg或含有20×1015m3的甲烷氣，相當于全世界已知煤炭、石油和天然氣等常規化石燃料總碳儲量的兩倍，將成為本世紀人類最重要的能源。

和現場實驗相比，物理模擬具有費用低、耗時短、操作容易等優點。實驗模型設計是物理模擬得以順利進行的關鍵。

天然氣水合物開采過程中，反應釜中的溫度、壓力、電阻率等參數的測量對于開采過程具有重要意義，為了測量這些參數，在實驗模型設計時需要加入測點。然而，測點的引入會對反應釜中流體的流動帶來影響，這種影響在流線上具有明顯的體現。為了使測量結果盡可能地接近反應釜中的真實情況，必須使測點對流線的影響盡可能小。

目前研究天然氣水合物的實驗裝置中，測點的分布大都是根據測量數據的需要進行設計，并沒有考慮測點的引入對滲流場造成的影響，這樣的設計可能會引入誤差。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于數值模擬的可燃冰開采實驗模型測點分布設計方法，本方法采用數值模擬的方法，對天然氣水合物三維實驗模型的測點的大小及分布情況進行研究，實現了天然氣水合物三維實驗模型中的測點合理分布，將其對流線的影響最小化。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于數值模擬的可燃冰開采實驗模型測點分布設計方法，包括以下步驟：

(1)選取合適尺寸的實驗模型，設計相同分布的溫度、電阻率、聲波和壓力測點，依次改變測點大小，測點位置取無效網格進行研究，模擬不同測點大小的平面滲流場，確定最佳測點尺寸范圍；

(2)依據最佳測點尺寸，引入同一測點數目，依次模擬不同尺寸模型中的平面滲流場，從而確定合適的測點數目和對應模型平面尺寸；

(3)根據最佳測點尺寸和模型平面尺寸，依次針對不同的測點數目，改變測點距離，模擬相同時刻平面上的流線分布，確定最佳測點間距；

(4)計算分析不同平面-縱向尺度比例下的滲流場特征，確定模型縱向尺寸和上下圍巖厚度。

所述步驟(1)中，具體方法為：取設定的實驗模型尺寸，測點大小分別取1-4cm²，依次增大，模型中設計3層分布的溫度、電阻率、聲波和壓力測點，每層測點數均勻分布，測點大小一定，測點位置取無效網格進行研究，模擬不同測點大小的平面滲流場。

所述步驟(1)中，最佳測點尺寸大小范圍取[0.8～1.0]cm²。

所述步驟(2)中，設計每層模型的測點數目15×15，即225個，分別建立500×500×500mm³、600×600×600mm³、700×700×700mm³、800×800×800mm³、1000×1000×1000mm³大小不同的模型，研究不同尺寸模型中的平面滲流場。

所述步驟(2)中，當測點數目為15×15時，為了使測點的引入對流線造成的影響并且考慮到模型制作工藝水平，平面模型尺寸范圍取[800×800～850×850]mm²。

所述步驟(3)中，取800×800mm²模型進行測點密度優化，確定測點最小距離。建立測點個數分別為0、9×9＝81、15×15＝225、19×19＝361個的模型，其中9×9、15×15、19×19所對應的測點距離分別為7cm、4cm、3cm，模擬不同模型中相同時刻平面上的流線分布。

所述步驟(3)中，最佳測點間距范圍取[4-4.2]cm。