1.一种天然气水合物分解过程全耦合数值仿真方法,其特征在于,包括以下步骤:建立天然气水合物在分解过程的土颗粒、天然气水合物(NGH)、气体与水的质量守恒模型、能量守恒模型、力学平衡模型和天然气水合物分解模型,并构建所述天然气水合物在分解过程的热-流-力-化全耦合模型;根据所述热-流-力-化全耦合模型、所述质量守恒模型、所述能量守恒模型、所述力学平衡模型和所述天然气水合物分解模型进行全耦合,并以气体压强、水的压强、温度和不同方向的位移作为模型的基本未知量,建立热-流-力-化全耦合模型的有限元弱积分形式;以及对所述有限元弱积分形式进行数值求解,并基于求解结果集合成DEHydrate模拟器,并基于所述DEHydrate模拟器模拟所述天然气水合物在分解过程中储层力学行为的演变趋势;其中,所述水的质量守恒模型如下所示:气体质量守恒模型如下所示:所述能量守恒模型如下所示:所述力学平衡模型如下所示:其中, ρ i 和 S i (i=w, g, s, H)分别为不同组分的密度和饱和度, φ 是孔隙度, t 为时间, ( i =w, g) 为流体 i 的动力粘度, (i=w, g)为水和气体的相对渗透率,与水和NGH的饱和度相关,g为重力加速度矢量,即g =[0, 0, g]T (g=9.8 m/s 2 ), (kg/s)为由分解引起的不同组分的质量变化速率, (kg/s)为气体或水的注入速率, γ 为热膨胀系数, T 为温度(K), C pi ( i =g, w, s, H)分别表示气体、水、土颗粒和NGH的比热容, λ c 为多组分综合导热系数, Q in 和 Q H 分别为注入热量和NGH分解引起的热量变化,D为刚度矩阵,δ为Kronecker算子, P p 为平均孔隙压强, ρ c 为饱和度加权后的总密度,u为位移, P g 为气体压强, P w 为水的压强;所述构建所述天然气水合物在分解过程的热-流-力-化全耦合模型,包括:基于多孔介质的多相饱和度、毛细压力、渗透率、天然气水合物分解速率、孔隙度和至少一个其它物理属性的瞬态变化,得到所述热-流-力-化全耦合模型。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述热-流-力-化全耦合模型、所述质量守恒模型、所述能量守恒模型、所述力学平衡模型和所述天然气水合物分解模型进行全耦合,并以气体压强、水的压强、温度和不同方向的位移作为模型的基本未知量,建立热-流-力-化全耦合模型的有限元弱积分形式,包括:对于时间微分采用向后欧拉法进行离散,并对于空间微分采用一阶差分法进行离散,且在有限元中,采用伽辽金法和加权残差法进行计算,得到所述有限元弱积分形式的方程组,以得到所述热-流-力-化全耦合模型的有限元弱积分形式。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述有限元弱积分形式为: ,其中,u为位移、 P g 为气体压强、 P w 为水的压强 、T 为温度。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述有限元弱积分形式进行数值求解,并基于求解结果集合成DEHydrate模拟器,并基于所述DEHydrate模拟器模拟所述天然气水合物在分解过程中储层力学行为的演变趋势,包括:采用低阶单元对气液流动和热传递行为进行模拟,采用高阶单元和/或低阶单元对固体变形进行计算,且整体采用全隐式有限元法进行求解,得到模型结果;基于所述模型结果,并通过空间积分得到所述高阶单元和/或低阶单元的刚度矩阵;采用牛顿迭代法对满足预设条件的非线性方程组进行求解,得到线性方程组,并在每次迭代中对所述刚度矩阵进行更新;利用Pardiso求解器或Gauss–Seidel方法对所述线性方程组进行求解。
5.一种天然气水合物分解过程全耦合数值仿真装置,其特征在于,采用如权利要求1-4任一项所述的天然气水合物分解过程全耦合数值仿真方法,所述装置包括:建模模块,用于建立天然气水合物在分解过程的土颗粒、天然气水合物、气体与水的质量守恒模型、能量守恒模型、力学平衡模型和天然气水合物分解模型,并构建所述天然气水合物在分解过程的热-流-力-化全耦合模型;全耦合模块,用于根据所述热-流-力-化全耦合模型、所述质量守恒模型、所述能量守恒模型、所述力学平衡模型和所述天然气水合物分解模型进行全耦合,并以气体压强、水的压强、温度和不同方向的位移作为模型的基本未知量,建立热-流-力-化全耦合模型的有限元弱积分形式;以及模拟模块,用于对所述有限元弱积分形式进行数值求解,并基于求解结果集合成DEHydrate模拟器,并基于所述DEHydrate模拟器模拟所述天然气水合物在分解过程中储层力学行为的演变趋势。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述模拟模块包括:第一计算单元,用于采用低阶单元对气液流动和热传递行为进行模拟,采用高阶单元和/或低阶单元对固体变形进行计算,且整体采用全隐式有限元法进行求解,得到模型结果;积分单元,用于基于所述模型结果,并通过空间积分得到所述高阶单元和/或低阶单元的刚度矩阵;更新单元,用于采用牛顿迭代法对满足预设条件的非线性方程组进行求解,得到线性方程组,并在每次迭代中对所述刚度矩阵进行更新;求解单元,用于利用Pardiso求解器或Gauss–Seidel方法对所述线性方程组进行求解。
7.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序,以实现如权利要求1-4任一项所述的天然气水合物分解过程全耦合数值仿真方法。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行,以用于实现如权利要求1-4任一项所述的天然气水合物分解过程全耦合数值仿真方法。