南海天然气水合物加热开采过程中海底稳定性研究

Abstract

利用Abaqus有限元软件，结合我国南海水合物的矿藏情况，对水合物的加热开采过程进行传热分析。首先利用热流值计算输入的总热量，再根据已分解的水合物计算水合物分解消耗的热量以及产出的天然气燃烧后产生的热量，估算在加热开采过程中的热效率(用于水合物分解的热量与输入热量之比)、能量效率(开采所得甲烷气体燃烧后放出的热量与输入热量之比)与水合物分解范围之间的关系。结果表明，当水合物分解到一定范围后，产出热量会小于输入热量，所以在实际开采过程中应控制水合物的分解范围，以保证较高的热效率。以此为依据对水合物在实际开采过程中的分解范围控制及布井情况进行分析，在确定水合物最大分解范围之后，假设在水合物区打竖直开采井，对水合物加热开采过程进行热力耦合计算。这里计算的温度场为一个瞬态温度场，随着加热的进行，水合物的分解范围从井筒附近向外围不断扩大。水合物分解后，沉积物弹性模量和强度会明显降低，在模拟过程中，把沉积物的参数设成温度的函数，通过温度场来控制沉积物参数的变化，从而解决水合物分解过程中的移动边界问题。按上述方法计算出水合物加热开采过程中不同分解范围时海床表面岩体的位移情况及矿区岩体的塑性区情况，最后总结出水合物开采过程中海床表面的位移变化规律及矿区岩体的塑性区发展规律，给出合理的开采建议