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天然气水合物储层微波加热能量补充技术研究
Study on Microwave Heating Energy Supplement Technology for Gas Hydrate Reservoir
1. 主要摘要
本文提出了一种天然气水合物储层微波加热能量补充技术，利用高频结构模拟软件（HFSS）建立漏缆天线的微波辐射模拟模型。通过优化天线结构参数（如槽的形状、角度、长度、宽度和圆角），验证了优化后的天线结构可以显著提高水合物储层的温度，有助于水合物的分解。实验结果表明，在优化天线结构的条件下，加热10小时后储层温度可提高5.5摄氏度，提供了分解水合物所需的能量。该技术在天然气水合物的高效开发方面具有潜力，未来应用中需要进一步研究其对气体产量的影响。
2. 引言
天然气水合物因其高能量密度和低污染性而备受关注，分解水合物的传统热冲击方法（如热水和蒸汽注入）存在加热速度慢、热效率低等问题。相较之下，微波加热能够快速均匀地加热，并具有强穿透性和不需要热载体等优点。本文采用漏缆天线结构，提出了一种适用于水合物储层的微波能量补充技术，以便在实际开发过程中提高水合物分解效率。
3. 主要内容
1. 微波加热能量补充技术设计
研究设计了一种适用于天然气水合物储层的微波加热能量补充方案，结合在南海神狐海域的试验生产。通过非金属套管将微波天线密封并插入矿井的水平段，确保金属对微波的屏蔽效应最小化。漏缆天线在电磁场中形成了独特的辐射特性，用于直接加热储层，从而提供水合物分解所需的驱动力。
2. 天线辐射原理和微波加热机制
利用漏缆天线外导体表面的槽孔截断电流形成新的电磁场，产生的微波辐射向储层传递热能。不同的槽形状、角度、长度、宽度和圆角对天线辐射性能产生显著影响。实验显示，矩形槽形和槽角度80°，槽长度38 mm，槽宽度12 mm，以及槽圆角2 mm的结构表现出最优的辐射性能和较均匀的微波能量分布。
3. 微波加热模拟与实验验证
建立了微波加热模型并通过实验平台进行验证。在储层砂样上进行微波加热实验，实验发现槽孔对侧的温度高于无槽侧，加热60分钟后温度最高达47.2°C。相比之下，优化后的天线结构在10小时的微波加热后储层温度提高了5.5°C，平均达到10.613°C，20°C等温面的平均半径约增加了0.2 m。
4. 主要结论
1. 矩形槽形的漏缆天线结构在空间上分布的微波能量最均匀，适合作为微波天线的槽形。
2. 增加槽角、槽长、槽宽并减小槽圆角，可以增加微波能量的辐射，改善天线的辐射性能，但需确保天线的结构强度。
3. 优化后的天线结构显著提高了储层加热效果，储层温度提升约5.5°C，有助于天然气水合物的分解。
4. 本研究验证了微波加热能量补充技术在水合物储层中的可行性，为实际应用提供了参考。未来需要进一步研究其对储层气体产量的影响。
5. 主要结果图
6. 参考文献
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟分析水力压裂工程中的两相流动问题
一区TOP期刊《Separation and Purification Tech》—新型非对称双室电化学反应器的设计与性能评估
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟冲击波电渗析过程中的关键参数
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—PBI膜的形态调控及其在锂金属电池中的性能提升
一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal 》—COMSOL模拟煤泥微波加热过程
一区TOP期刊《Energy》—CFD-DEM耦合模拟颗粒高速自旋和热传递的规律
一区TOP期刊《Energy》—ANSYS与COMSOL电磁-热耦合模型对比分析
一区TOP期刊《Computers and Geotechnics》— 三维耦合MPM模拟隧道面在水力-机械作用下的坍塌机制
一区TOP期刊《Energy》— COMSOL模拟考虑沉积压缩效应的天然气水合物降压开采储层物理和力学特性的演变
一区TOP期刊《Energy》— VOF-DEM耦合模拟气-液-固多相流混合过程中的传质
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟颗粒在页岩孔隙中堵塞问题
一区TOP期刊《Energy》— 高剪切流动的 CFD-DEM 数值模拟方法
一区TOP期刊《Energy》— 超临界 CO2热泵系统扁管气体冷却器结构分析与优化
