可燃冰固态流化开采中天然气水合物浆体分解机理与输送规律研究

Natural gas hydrates (NGHs) are also known as combustible ices, as one of efficient clean and abundant energy resources, which will be the strategic commanding point of global energy development in the future. The development of NGHs exploitation technology has a profound influence on the revolution of energy production and consumption. This project focuses on the decomposition and transport mechanisms of natural gas hydrate slurry during the solid fluidization exploitation of shallow non-diagenetic NGHs in the deep sea. In this project, the non-equilibrium decomposition mechanism, multiphase transport mechanism (liquid-solid two-phase and gas-liquid-solid three-phase) and safe transport stability of natural gas hydrate slurry containing mineral particles are studied to reveal the essence of physical phenomena. The decomposition model and slurry viscosity prediction model of natural gas hydrate slurry in the solid fluidization exploitation of NGHs are developed. The mechanism and simulation of multiphase flow of natural gas hydrate slurry containing mineral particles are investigated. The key control parameters and the security flow boundaries of the flow assurance in NGHs solid fluidization exploitation are proposed. The research results of the project can enrich the basic theory of NGHs application. The objective of this project is to provide a new theoretical support for the flow assurance of natural gas hydrate slurry during the solid fluidization exploitation of shallow non-diagenetic NGHs in the deep sea, and to promote the industrialization process of NGHs exploitation.

天然气水合物，又称为可燃冰，是资源量丰富的高效清洁能源，是未来全球能源发展的战略制高点。可燃冰开采相关技术的发展对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响。本项目围绕深海浅层非成岩可燃冰固态流化开采中天然气水合物浆体分解机理与输送规律研究，着力开展含矿藏颗粒的天然气水合物浆体非平衡分解机理、液固两相及气液固三相输送机理及其安全输送稳定特性研究，揭示物理现象的本质规律。建立描述海底可燃冰固态流化开采中天然气水合物浆体在流动体系中的分解模型和浆体黏度预测模型，探索含矿藏颗粒的天然气水合物浆体多相管流机理描述和参数求解方法，提出可燃冰固态流化开采天然气水合物浆体安全稳定输送的关键控制参数和安全流动边界。项目研究成果可丰富天然气水合物应用基础理论，为深海浅层非成岩可燃冰资源开采过程中复杂水合物浆体流动安全保障问题的解决提供新的理论支持，促进天然气水合物开采产业化进程。

天然气水合物，又称为可燃冰，是资源量丰富的高效清洁能源，是未来全球能源发展的战略制高点。可燃冰开采相关技术的发展对推动能源生产和消费革命具有重要而深远的影响。本项目围绕深海浅层非成岩可燃冰固态流化开采中天然气水合物浆体的分解机理与输送规律，从水合物分解动力学、多相流动机理、安全输送稳定性三方面开展研究，出色地完成了研究任务和成果指标，主要创新如下：.本项目揭示了水合物在复杂气液固多相流动体系中的分解机理，建立综合考虑本征动力学、传质传热影响的含矿藏颗粒天然气水合物浆体在流动体系中的分解模型；详细探讨了含矿藏颗粒天然气水合物浆体黏度变化规律，深入探究了含矿藏颗粒天然气水合物浆体的非牛顿特性，建立了含矿藏颗粒复杂水合物浆体的黏度预测模型；考察了水合物浆液在水平管道和立管的流动阻力影响因素，提出天然气水合物浆体阻力特性计算方法，建立了天然气水合物浆体多相管流水力模型；提出流动体系内水合物沉积量计算方法，研究了含矿藏颗粒天然气水合物浆体在流动过程中的微观颗粒聚并破碎及宏观黏壁沉积堵管规律，给出了含矿藏颗粒天然气水合物浆体的管输安全流动边界定量确定方法。.项目发表SCI论文17篇，EI收录期刊和会议论文22篇；参加国际会议13人次；培养出站博士后1名，博士生9名（毕业4人），硕士生11名（毕业6人）；授权发明专利5项；获教育部科技进步二等奖1项，海洋工程科学技术奖一等奖1项，荣获国务院政府特殊津贴1人。