水合物開采過(guò)程氣-水運(yùn)移及顆粒聚集機(jī)理研究.pdf

1、天然氣水合物多賦存于海底淺層沉積物中，成藏區(qū)域的地質(zhì)條件復(fù)雜，其開采過(guò)程涉及水合物分解、儲(chǔ)層氣-水運(yùn)移以及管道氣-水輸運(yùn)，是一個(gè)含相變的多相多組分運(yùn)移過(guò)程。因此，探明天然氣水合物開采過(guò)程中的氣-水運(yùn)移特性及水合物顆粒的聚集機(jī)理，是實(shí)現(xiàn)天然氣水合物安全、高效開采的關(guān)鍵。本文針對(duì)開采過(guò)程中涉及的上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題展開研究，原位觀測(cè)了填砂巖心中水合物的分解特性和氣-水滲流過(guò)程，測(cè)量了氣體水合物顆粒間、顆粒-表面間的相互作用力，分析了水合物開采過(guò)

2、程氣-水運(yùn)移特性及水合物顆粒的聚集機(jī)理。
　　利用基于核磁共振成像技術(shù)(MRI)的氣-水運(yùn)移可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，原位觀測(cè)了填砂巖心中水合物生成-分解過(guò)程，根據(jù)觀測(cè)到的液態(tài)水信號(hào)強(qiáng)度時(shí)變特性，探明了CH4水合物降壓分解過(guò)程中水-水合物相界面由填砂巖心外圍向中心沿徑向移動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了梯度降壓方法對(duì)分解過(guò)程孔隙氣-水運(yùn)移的促進(jìn)作用，且初始梯度對(duì)分解速率的影響存在上限。通過(guò)追蹤混合氣水合物生成和分解過(guò)程中水在孔隙中的運(yùn)移特性，探明了填砂粒徑

3、和氣體組分對(duì)置換開采過(guò)程中氣-水運(yùn)移的影響。通過(guò)上述研究闡明了水合物分解過(guò)程對(duì)巖心氣-水運(yùn)移影響機(jī)制。
　　利用氣-水運(yùn)移可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)量了含水合物填砂巖心的有效滲透率，發(fā)現(xiàn)水合物的存在可導(dǎo)致填砂巖心有效滲透率降低90％以上。在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)了用于流速測(cè)量的二維相位對(duì)比法，利用流體中1H核在梯度場(chǎng)中的相敏效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)含水合物填砂巖心局部水流速度場(chǎng)的原位測(cè)量，分析了水合物在填砂巖心中的初始飽和度、非均質(zhì)分布以及分解過(guò)程降壓梯度對(duì)速

4、度場(chǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)水合物的非均勻分布和由此導(dǎo)致的局部毛細(xì)管力變化可導(dǎo)致巖心截面出現(xiàn)高、低流速區(qū)域分化，是影響局部流場(chǎng)的關(guān)鍵因素。通過(guò)上述研究闡明了水合物非均質(zhì)分布對(duì)巖心滲流特性影響機(jī)制。
　　利用水合物顆粒黏附力測(cè)量系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)了不同條件下氣體水合物顆粒間及顆粒-碳鋼表面間的黏附力原位測(cè)量。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和毛細(xì)液橋理論模型，闡釋了過(guò)冷度、保持時(shí)間和鹽度等參數(shù)對(duì)水合物顆粒間黏附力的影響機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，利用Camargo-Palerm