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深層から放出されたガス•ハイドレートプリュームのモデル

机译：深海释放天然气水合物羽流的模型

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摘要

The governments and the industry are developing major programs to produce gases economically for commercial use. The safety record of the industry, in general, is remarkable with respect to deepwater exploration. Nevertheless, as the production increases the risks also increase. Recognizing this, the development of tools for contingency and emergency planning and impact assessment have become an integral part of the exploration programs. In the United States, some of the oil and gas platforms are in the hurricane zone. When the exploration and production reaches the full scale, some of the rigs in Japan may be in the areas vulnerable to typhoons. These factors further heighten the need for contingency and emergency planning. A computer model that can predict the fate and transport of gasses and hydrates accidentally released is needed for dealing with emergencies, contingency planning, and impact assessment. The water depths to many of these gas resources easily exceed 1,000 m. At these depths, the high pressure and cold temperatures combine to convert the gases (if they are already in gas form) to hydrates, which are mixture of gas and water with a consistency like frazil ice. The conversion to hydrates is a physical process that is totally reversible. The gas hydrates are Lighter than water and hence move upward. When they reach areas that are of lower pressure in regions nearer to the water surface they dissociate and get converted to gas. Hydrates and gases dissolve in water. When gas is released, initially, the dynamics become important and the behavior is like a jet or plume. As they get dispersed the dynamics of the plume becomes unimportant, but gases and hydrates are still subjected to advection and dispersion. This report presents a model MEGADEEP that is complete with the above mentioned dynamic and non-dynamic behavior of the plume. The model considers the complete thermodynamics and the hydrodynamics of the plume. It also includes the hydrate formation and dissociation kinetics and dissolution. The model can simulate the conversion of gas to hydrate and vice versa as the gases travel through the water column. MEGADEEP is a new model that is developed to predict the behavior of gas and gas hydrates released in deepwater. It has many processes that previously have never been modeled such as bubble break up and coalescence in gas plumes in the deep water and multiple size gas bubbles in the plume phase. Previous models were developed for oil and gas blowouts with emphasis on oil fate. The present model MEGADEEP focuses on gas fate and transport and makes comprehensive simulations from the point of release in the deep until all gas and hydrate are dissolved in water or until they reach the surface. This report contains the model formulation and the simulation of several possible scenarios.%ここでは海底から漏出するメタンガスの挙動を記述するために開発されてきた数値モデルを紹介した.考えられる現象には多くの素過程が存在するので，それぞれの過程について既存の研究成果を基に定式化を行い，MEGADEEPという包括的なモデルとして公表してきた.モデルの基本的な検証はYapa et al.(2010)で示されているが，本稿でも北海で行われたメタン放出実験の結果とMEGADEEPの結果の比較を示した.さらに気泡が海底から上昇していく過程で，溶解し，生分解や気泡内のメタンと環境水中の酸素が置換する可能性について検討した結果も示した.本解析では水柱の溶存酸素濃度に与える漏出メタンの影響は，生分解による酸素消費が酸素との置換による酸素の損失より大きいことが示された.これらの過程についてのモデルの検証は今後の課題である.
机译：政府和工业界正在制定重大计划，以经济方式生产用于商业用途的气体。通常，该行业的安全记录对于深水勘探而言是卓越的。然而，随着产量的增加，风险也会增加。认识到这一点，开发应急和应急计划工具以及影响评估已成为勘探计划的组成部分。在美国，某些石油和天然气平台位于飓风带。当勘探和生产达到全面规模时，日本的某些钻井平台可能位于容易遭受台风袭击的地区。这些因素进一步提高了对应急计划的需求。需要一个计算机模型来预测意外释放的气体和水合物的命运和运输，以应对紧急情况，应急计划和影响评估。许多这类天然气资源的水深很容易超过1,000 m。在这些深度处，高压和低温共同作用将气体（如果它们已经以气体形式存在）转化为水合物，水合物是气体和水的混合物，具有像巴西冰一样的稠度。转化为水合物是一个完全可逆的物理过程。气体水合物比水轻，因此向上移动。当它们到达更靠近水面的区域中压力较低的区域时，它们会解离并转化为气体。水合物和气体溶解在水中。最初释放气体时，动力学变得很重要，其行为就像喷射流或羽流。当它们散开时，羽流的动力学变得无关紧要，但是气体和水合物仍然经受平流和分散。该报告提出了一个模型MEGADEEP，该模型具有上述羽流的动态和非动态行为。该模型考虑了羽流的完整热力学和流体力学。它还包括水合物的形成，解离动力学和溶解。当气体通过水柱时，该模型可以模拟气体向水合物的转化，反之亦然。 MEGADEEP是一种新模型，旨在预测深水中释放出的气体和气体水合物的行为。它具有许多以前从未建模过的过程，例如深水中的气柱中的气泡破裂和聚结，以及在气柱相中的多种尺寸的气泡。以前的模型是针对油气井喷开发的，重点是石油的命运。当前的模型MEGADEEP专注于气体的归宿和运输，并从深处释放直到所有气体和水合物溶解在水中或直到它们到达地面为止，进行了全面的模拟。此报告包含模型制定和几种可能情景的模拟。 apaので，それぞれの过程について既存の研究成果を基に定式化を行い，MEGADEEPという包括的なモデルとして公表してきた。モデルの基本的な検证はYapa et al。（2010）で示されているが，本稿でも北海で行われたメタン放出実験の结果とMEGADEEPの结果の比较を示した。さらに気泡が海底から上升していく过程で，溶解し，生分解や気泡内のメタンと环境水中の酸素本解析では水柱の溶存酸素浓度に与える漏出メタンの影响は，生分解による酸素消费が酸素との置换による酸素の损失より大きいことが示された。これらの过程についてのモデルの検证は后续のスである。

著录项

  • 来源
    《海洋理工学会誌》 |2015年第2期|37-57|共21页
  • 作者

    中田喜三郎; 荒田　直; プージタ　ヤパ;

  • 作者单位

    名城大学大学院総合学術研究科;

    〒468-8502　愛知県名古屋市天白区塩釜口1-501;

    独立行政法人石油天然ガス•金属鉱物資源機構石油開発技術本部.　〒261-0025　千葉県千葉市美浜区浜田1-2-2;

    クラークソン大学;

    Potsdam,NY 13699;

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