含细小颗粒沉积物藏中天然气水合物生成与分解特性研究

The characteristics of fine sediments play a significant role to the formation of natural gas hydrate and the permeability of hydrate-bearing sediments, meanwhile determine the process of hydrate dissociation and the behaviors of multiphase flow, heat and mass transfer during hydrate exploitation, which are all key issues for the development and utilization of natural gas hydrate reservoirs. For this purpose, the natural gas hydrate exploitation comprehensive simulation system is adopted to investigate the impact of the fine-grained sediment on the hydrate formation in this study, and do the research for clarifying the distribution habits of hydrate in sediments with the experimental methods. Moreover, the key parameters that affect the permeability of hydrate-bearing sediments are analyzed, and a permeability model coupling the effect of these factors is developed. Finally, the soft of TOUGH+HYDRATE is improved with the two above models, the feature of multiphase fluid flow and the mechanism of heat and mass transfer under the conditions of gas production from hydrate-bearing sediments containing the fine-grained sediment are revealed, with the efforts of numerical simulation and experimental test. This study will provide the theoretical guidance and basic data for hydrate reservoir development, and meet the need for numerical simulation of gas production from a field-scale natural gas hydrate reservoir.

细小颗粒沉积物特性对天然气水合物的生成与渗透率变化具有重要影响，进而决定着水合物的分解及其开采过程中的多相流动、传热传质等行为，是天然气水合物资源开发利用中面临的关键问题。以此为目的，本项目拟利用实验室已有的"天然气水合物开采综合模拟实验系统"，研究细小颗粒沉积物对水合物生成规律的影响，找到水合物在沉积物中空间分布(赋存形式)的规律与实验方法；在此基础上分析影响沉积物渗透率的主要参量，构建综合因素耦合影响下的渗透率模型；最后，将上述两个模型嵌入三维水合物开采模拟软件，以此模拟含细小颗粒沉积物条件下的天然气水合物分解产气过程，并对比实验结果揭示含细小颗粒沉积物藏内水合物分解过程中多相流体流动特性及传热传质的作用机理。本项目研究为水合物藏的开发提供理论指导和数据支持，同时满足实际水合物藏开采模拟计算的需要。

细小颗粒沉积物特性对天然气水合物的生成与渗透率变化有着重要的影响，进而决定着水合物的分解及其开采过程中的多相流动和传热传质等行为，是开发自然界中天然气水合物资源的基础问题。本项目以此为目的，利用自主搭建的水合物生成与分解特性实验测试平台，对含细小颗粒沉积物体系下的水合物生成和分解产气过程进行了研究，并在此基础上构建相关理论模型，对天然气水合物降压联合井壁加热开采进行了数值模拟研究，分析研究了水合物开采过程中天然气水合物二次生成及其渗透率变化对降压开采的影响。本项目研究为水合物藏的开发提供理论指导和数据支持，同时满足实际水合物藏开采模拟计算的需要。. 本项目利用实验研究获得了不同沉积物特性下水合物生成与分解特性等数据，确定了含细小颗粒沉积物内水合物饱和度及其赋存形式之间的关系，研究发现，在较低水合物饱和度下，天然气水合物在含细小颗粒沉积物内以颗粒包裹的形式存在，而随着水合物饱和度的增加，当水合物饱和度较高(大于40%)时，天然气水合物则以孔隙填充形式赋存。同时在此基础上，提出了考虑水合物赋存形式的渗透率权重模型，该模型可以较好地描述多孔介质内水合物赋存形式、水合物饱和度和渗透率之间的相互关系。. 天然气水合物降压联合井壁加热开采数值模拟研究表明，井壁加热有助于提高降压开采天然气水合物的产气，但同时由于传热方向和导热等限制，井壁加热的作用范围和对产气的提高有限，并随着井壁加热温度的提升，对产气率的影响逐步减弱。此外，降压联合井壁加热开采方式下边界传热对天然气水合物的产气影响较大，水合物分解所需热量主要来源于边界传热，其甚至影响着水合物分解和产气情况。而同样，开采过程中的水合物二次生成主要局限于开采井口，二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化，而调节降压开采方式下的出口压力控制或可避免水合物二次生成现象。