水合物開采過程氣-水運移及顆粒聚集機理研究.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，其開采過程涉及水合物分解、儲層氣-水運移以及管道氣-水輸運，是一個含相變的多相多組分運移過程。因此，探明天然氣水合物開采過程中的氣-水運移特性及水合物顆粒的聚集機理，是實現(xiàn)天然氣水合物安全、高效開采的關(guān)鍵。本文針對開采過程中涉及的上述關(guān)鍵科學(xué)問題展開研究，原位觀測了填砂巖心中水合物的分解特性和氣-水滲流過程，測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

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

3、和氣體組分對置換開采過程中氣-水運移的影響。通過上述研究闡明了水合物分解過程對巖心氣-水運移影響機制。
　　利用氣-水運移可視化實驗平臺，測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，改進了用于流速測量的二維相位對比法，利用流體中1H核在梯度場中的相敏效應(yīng)，實現(xiàn)含水合物填砂巖心局部水流速度場的原位測量，分析了水合物在填砂巖心中的初始飽和度、非均質(zhì)分布以及分解過程降壓梯度對速

4、度場的影響，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，是影響局部流場的關(guān)鍵因素。通過上述研究闡明了水合物非均質(zhì)分布對巖心滲流特性影響機制。
　　利用水合物顆粒黏附力測量系統(tǒng)，首次實現(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量。結(jié)合實驗結(jié)果和毛細液橋理論模型，闡釋了過冷度、保持時間和鹽度等參數(shù)對水合物顆粒間黏附力的影響機制。在此基礎(chǔ)上，利用Camargo-Palerm