沉积物中天然气水合物分解过程中的多相渗流与固相运移控制机理

Natural gas hydrate is considered as a potential alternative energy source in future. Recently, a bottleneck of the theory and technology for gas hydrate development is the principle of multiphase flow and control mechanism of solid migration in sediment during natural gas hydrate dissociation. In this proposal, the principle of multiphase flow and control mechanism of solid migration in sediment during natural gas hydrate dissociation are investigated by using a serial of advanced experimental equipments for hydrate research. The object of the research is the explored natural gas hydrate reservoir in the South China Sea. The change of the micro-channel structure and the solid migration in sediment during natural gas hydrate dissociation are characterized by microscopic measurement. The experimental data of the multiphase flow, heat and mass transfer, and the hydrate phase change with solid migration in sediment during hydrate dissociation are obtained by hydrate dissociation experiments. The model of liquid-solid multiphase flow in sediment during hydrate dissociation is built, and the influence of solid migration in sediment during hydrate dissociation is clarified. Afterwards, by changing the factors of the hydrate dissociation experiment, control mechanism of solid migration in sediment during hydrate dissociation can be explained. Furthermore, the precise theoretical model and controlling system for multiphase flow and heat-mass transfer with solid migration in sediment during natural gas hydrate exploitation are developed. The research results from this proposal will provide the basic data and theories for the natural gas hydrate exploitation of our country in future.

天然气水合物是一种未来非常具有潜力的替代能源。目前，多孔介质中水合物分解过程中多相渗流与固相运移控制问题是水合物开采理论及技术发展的瓶颈。本项目以我国已探明的海底天然气水合物矿藏作为研究背景，利用一系列先进的水合物分解研究实验设备，开展沉积物中天然气水合物分解过程的多相渗流与固相运移控制的实验及理论研究。通过微观测试分析，对水合物分解过程中沉积物的微孔道结构变化与固相运移进行表征；通过水合物分解实验得到含固相迁移的多相渗流、传热传质和水合物相变等基础实验数据，建立多孔介质中水合物分解过程的流固耦合多相渗流模型，阐明水合物分解过程的多相渗流中固相运移的影响机理；通过不同实验条件下进行的水合物分解实验，阐明水合物分解过程中固相运移的控制机理；建立精确的天然气水合物开采过程中含固相运移多相渗流与传热传质理论模型和控制体系。项目研究成果将为我国未来天然气水合物开采提供基础数据和理论依据。

本项目以我国已探明的海底天然气水合物矿藏作为研究背景，利用了一系列先进的水合物分解研究实验设备，开展了沉积物中天然气水合物分解过程的多相渗流与固相运移控制的实验及理论研究。通过微观测试分析，对水合物分解过程中沉积物的微孔道结构变化与固相运移进行了表征；通过水合物分解实验得到了含固相迁移的多相渗流、传热传质和水合物相变等基础实验数据，建立了多孔介质中水合物分解过程的流固耦合多相渗流模型，阐明了水合物分解过程的多相渗流中固相运移的影响机理；通过了不同实验条件下进行的水合物分解实验，阐明了水合物分解过程中固相运移的控制机理；建立了天然气水合物开采过程中含固相运移多相渗流与传热传质理论模型和控制体系。目前已圆满完成了计划书规定的研究内容，取得了较好的研究成果，达到项目研究目标。项目形成了具有自主知识产权的创新性研究成果，共发表学术论文37篇，其中SCI收录论文28篇，国际会议论文8篇，国内会议论文1篇；第一作者论文中ESI高被引论文4篇，ESI热点论文1篇。获授权中国发明专利8项，授权美国发明专利5项；参加国际学术会议4次，参加国内学术会议4次，国际会议特邀报告1次，口头报告5次，出国交流访问1次；获2018年国家科技发明二等奖（排名5），2019年广东省自然科学奖一等奖（排名7），2018年中科院广州分院优秀青年科技工作者等奖励。培养了一批天然气水合物研究青年人才，项目组成员1人获2017年“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才资助，1人入选2018年中国科学院青年创新促进会会员，1人入选2017年中国科学院青年促进会会员，1人获国家留学基金公派出国留学计划“访问学者”项目资助。指导硕士生2名，协助指导硕士生3名，博士生3名，研究生获得国家奖学金，全国科普讲解大赛三等奖，中国研究生能源装备创新设计大赛三等奖。项目研究成果将为我国未来天然气水合物开采提供基础数据和理论依据。