天然气水合物开采模拟实验方法研究

【摘要】： 天然气水合物被认为是一种未来的优质、洁净能源,其蕴藏量约为现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)总碳量的2倍。天然气水合物作为一种潜在的能源具有广阔的前景和发展空间,对缓解人类面临的能源枯竭危机具有举足轻重的作用,因此,开发和利用天然气水合物资源势在必行。 本文首先详细介绍了天然气水合物的结构、形成条件、资源分布、热动力学性质和研究历程以及研究趋势,然后介绍了国内外天然气水合物模拟实验方法的研究现状,最后设计了一套拥有自主知识产权、使用方便、测试数据准确可靠的“天然气水合物开采模拟实验装置”。 本文详细介绍了“天然气水合物开采模拟实验装置”的模拟实验测试原理、系统流程、测试参数技术指标的设计以及几个重要模块的设计;详细介绍了“天然气水合物开采模拟实验装置”的软件设计,包括软件的总体设计和主要功能模块的介绍;并通过实验中采集的图像和实验数据,说明了本套装置的实用性和优越性。 本课题设计的“天然气水合物开采模拟实验装置”,在以下几方面体现了创新性: (1)在压力控制方面,使用增量式PID算法,采用单片机、步进电机和高压截止阀,搭建了一套压力控制系统,为压力控制提供了一种新的方法。 (2)反应釜采用不锈钢材料制作,采用高强度玻璃钢开设两个相对的观察窗,利用光纤在窗口给定平行光源,摄像头在窗口记录水合物生成和分解的全过程。 (3)在低温储罐内部,安装有12个温度探头,均匀地分布在储罐内的一个平面上,该平面还可以上下调节,从而监测水合物模拟开采过程中,低温储罐内任一个温度场内的温度变化。 “天然气水合物开采模拟实验装置”是一套有着自主知识产权、技术含量较高、数据采集准确、图象采集清晰的天然气水合物模拟实验研究装置。通过这套装置,可以对天然气水合物的生成过程、分解过程中的压力、温度、图象等进行详尽地采集、记录,对于研究水合物的生成、分解和开采提供技术支持。 【关键词】：天然气水合物 模拟开采 温度场 压力控制
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 前言9-15
• 1.1 课题研究的意义9
• 1.2 国内外研究现状及趋势9-13
• 1.3 技术路线13-14
• 1.4 本文的组织14-15
• 第2章 天然气水合物简介15-29
• 2.1 天然气水合物概况15-20
• 2.1.1 天然气水合物的基本概念15
• 2.1.2 天然气水合物的结构形态15-17
• 2.1.3 天然气水合物的形成条件17-19
• 2.1.4 天然气水合物的环境效应19-20
• 2.2 天然气水合物的性质20-22
• 2.2.1 天然气水合物的热力学性质20-21
• 2.2.2 天然气水合物的动力学性质21-22
• 2.3 研究历程及发展趋势22-26
• 2.3.1 研究历程22-25
• 2.3.2 发展趋势25-26
• 2.4 天然气水合物开采方法及模型26-29
• 第3章 天然气水合物开采模拟实验装置系统设计29-40
• 3.1 设计目标29
• 3.2 设计技术指标29-30
• 3.3 系统设计30-31
• 3.3.1 系统流程图30
• 3.3.2 系统组成30-31
• 3.4 高压容器的设计31-35
• 3.4.1 中间容器的设计32
• 3.4.2 反应釜的设计32-34
• 3.4.3 低温储罐的设计34-35
• 3.5 压力控制35-36
• 3.6 数据采集及电气单元36-37
• 3.7 系统的实现37-40
• 第4章 天然气水合物开采模拟实验装置的软件设计40-48
• 4.1 软件总体设计40-41
• 4.1.1 结构框图40
• 4.1.2 软件的功能特点40-41
• 4.2 功能模块介绍41-48
• 4.2.1 实验测试模块41-42
• 4.2.2 数据库管理模块42-44
• 4.2.3 压力控制模块44-48
• 第5章 实验测试与数据分析48-53
• 5.1 实验目的48
• 5.2 实验准备48
• 5.3 实验步骤48-49
• 5.3.1 水合物生成实验48
• 5.3.2 水合物开采模拟实验48-49
• 5.4 实验结果49-53
• 5.4.1 水合物生成过程中的图像采集49-50
• 5.4.2 水合物开采模拟实验数据50-53
• 第6章 创新点与结论53-54
• 6.1 创新点53
• 6.2 结论53-54
• 参考文献54-56
• 攻读工程硕士学位期间取得的学术成果56-57
• 致谢57

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