【摘 要】
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天然气水合物藏一般为胶结疏松的砂岩,在开采过程中岩石由于地应力的变化容易发生流固耦合作用。目前的水合物开采模拟软件只能模拟地层在弹性变形时孔隙度的变化,本文旨在将描述地层岩石扩容、压实等过程的模型扩充至水合物开采模拟器,并对天然气水合物开采进行流固耦合数值模拟研究。首先,建立水合物开采的数学模型,包括建立质量和能量守恒方程、确定离散方法和数值求解方法。接着,编译Tough+Hydrate水合物开采
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天然气水合物藏一般为胶结疏松的砂岩,在开采过程中岩石由于地应力的变化容易发生流固耦合作用。目前的水合物开采模拟软件只能模拟地层在弹性变形时孔隙度的变化,本文旨在将描述地层岩石扩容、压实等过程的模型扩充至水合物开采模拟器,并对天然气水合物开采进行流固耦合数值模拟研究。首先,建立水合物开采的数学模型,包括建立质量和能量守恒方程、确定离散方法和数值求解方法。接着,编译Tough+Hydrate水合物开采模拟器,选取了初始相态较为复杂的算例,进行了弹性范围内的流固耦合数值模拟研究。借鉴商业油气藏数值模拟器CMG STARS的扩容/压实模型和Eclipse油气藏模拟器的Hysteresis模型,提出了可以描述地层扩容/压实现象的非线性弹性拟扩容/压实模型和迟滞模型。在此基础之上,将非线性弹性拟扩容/压实模型和迟滞模型分别加入到Tough+Hydrate模拟器中,并进行水合物开采的流固耦合数值模拟研究,对比了原始模型、非线性弹性拟扩容/压实模型和迟滞模型三种模型的模拟结果。水合物开采流固耦合数值模拟结果表明,三种模型的结果差异明显,随流体压力的变化而产生的扩容或压实现象对水合物开采过程影响较大,水合物开采过程中的流固耦合现象不可忽视。在实际工程应用中,如果地层塑性变形量过大时,应采取合理的措施,以防止地层垮塌,海底滑坡,挤毁套管等灾害的发生。
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