【摘 要】
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随着科技进步与社会发展,全球化石资源消耗量逐年增加,寻求新型替代能源成为当务之急。近年来,天然气水合物因其具有分布范围广、资源储备量大和能量效率高等优点成为研究热点,而开采过程中的天然气水合物二次生成问题将对天然气水合物开采安全和开采效率产生影响。论文为实现对开采过程中天然气水合物二次生成风险的量化评估,将深度学习算法与天然气水合物开采数值模拟相结合,对天然气水合物开采过程中的天然气水合物二次生成
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随着科技进步与社会发展,全球化石资源消耗量逐年增加,寻求新型替代能源成为当务之急。近年来,天然气水合物因其具有分布范围广、资源储备量大和能量效率高等优点成为研究热点,而开采过程中的天然气水合物二次生成问题将对天然气水合物开采安全和开采效率产生影响。论文为实现对开采过程中天然气水合物二次生成风险的量化评估,将深度学习算法与天然气水合物开采数值模拟相结合,对天然气水合物开采过程中的天然气水合物二次生成风险、风险影响因素及各开采阶段下安全开采策略区间进行了量化和分析,其主要研究工作如下:（1）以热吞吐法开采祁连山冻土区天然气水合物为工程背景,构建了天然气水合物储层开采数值模型,对不同注热温度、注热速率、注热时长和焖井时长在不同开采阶段造成的天然气水合物二次生成情况进行了数值模拟。结果表明,注热温度对天然气水合物二次生成的影响主要体现在开采前期,注热温度越高天然气水合物二次生成量越高;在开采前期天然气水合物二次生成量随注热速率变化的规律较为复杂,在开采中期、后期的多数开采情境下天然气水合物二次生成量都随注热速率增加而增加;在开采前期天然气水合物二次生成量随注热时长增加而降低,在开采中期、后期的多数开采情境下天然气水合物二次生成量随注热时长增加而增加;焖井时长对天然气水合物二次生成影响规律较为单一,多数开采情境下延长焖井时长都导致天然气水合物二次生成量增加。（2）基于数值模拟结果,提出了注热速率、注热温度、注热时长和焖井时长四个影响天然气水合物二次生成风险的主要因素。基于深度学习理论构建了天然气水合物二次生成风险深度学习评估模型,利用该模型在天然气水合物开采的不同阶段进行单循环多次数值模拟,获取了30000组数值模拟结果用于深度学习模型训练。经误差计算验证,模型的训练误差较小,具有较高精度。（3）基于天然气水合物二次生成风险深度学习评估模型,对热吞吐法开采祁连山冻土区天然气水合物过程中的天然气水合物二次生成风险进行了评估,对注热温度、注热速率、注热时长和焖井时长在不同开采阶段造成的天然气水合物二次生成风险进行量化,得到了热吞吐法开采祁连山冻土区天然气水合物过程中天然气水合物二次生成风险的评估结果。（4）对风险评估结果进行可视化呈现,详细分析了注热温度、注热速率、注热时长和焖井时长在不同开采阶段的注热、焖井过程中对天然气水合物二次生成风险的影响。结果表明,在开采前期注热阶段,采用较长的注热时长、较高的注热速率和较低的注热温度造成的风险较低,而在焖井阶段,注热时长越长、注热速率越高、注热温度越低、焖井时长越长的开采策略造成的风险越高,与注热阶段规律相反。在开采中期注热阶段,采用较短的注热时长和较低的注热速率有助于规避较高的风险,而在焖井阶段,注热时长越短、注热速率越低、焖井时长越长的开采策略在后续焖井阶段造成的风险越高,与注热阶段的规律相反。在开采后期注热阶段,采用较短的注热时长和较低的注热速率能够有效规避较高的风险,而在焖井阶段,注热时长越短、注热速率越低、焖井时长越长的开采策略在后续焖井阶段造成的越高,与注热阶段的规律相反。（5）基于风险可视化结果,提出了不同开采阶段下天然气水合物开采的安全策略,实现了天然气水合物二次生成的条件与概率区间的量化。开采前期的安全开采策略为注热时长8～9天、注热速率25～30吨/天、焖井时长1天,开采中期的安全开采策略为注热时长为1天、注热速率小于5吨/天、焖井时长小于3天,开采后期的安全开采策略为注热时长1天、注热速率小于15吨/天、焖井时长小于3天和注热时长2天、注热速率小于10吨/天、焖井时长小于3天。
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