迁移甲烷通量对海底沉积层中水合物形成及聚集的影响

海底沉积层内水合物在迁移的气液界面反应生成，流体流动-甲烷传输-水合物形成是这种反应的普遍过程，甲烷迁移通量影响流体流动性质，是控制这个过程的关键因素。课题首先分析甲烷从底部的游离气区迁移进上部的水合物稳定区由游离向溶解的相态转化过程，研究游离气在孔隙内形成水合物的传质特征以及维持原位溶解甲烷饱和状态的作用，接着分析孔隙内气-水两相未饱和流体流动前缘的气液分离区内游离气的体积含量分布，结合以浓度差为驱动力的传质理论，运用微正则系综建立耦合气泡动力学常数的水合物形成模型，研究不同范围的甲烷迁移通量对水合物形成的影响规律，最后分析水合物形成前后原位孔隙内毛细压力以及沉积物渗透率的变化，研究水合物在沉积物里的聚集机理。本课题的研究将为海底沉积层内水合物的高饱和度和低饱和度差异现象提供理论依据，并为水合物资源量的可靠预测与可开采性提供参考

海底沉积物内甲烷水合物是一种在全球范围内广泛存在的高能量密度的新清洁能源，被全球科学界和工业界普遍视为21世纪的非常规替代能源，然而，对于不同海底区域水合物聚集和分布状态的差异，比如沉积物内高饱和度和低饱和度聚集这种现象，其机制还尚未得到统一的认识。海底沉积物内水合物的形成是一种流体流动-甲烷传输-水合物反应的多相流动过程，水合物在迁移的气液界面反应生成，而甲烷迁移通量影响流体流动性质，是控制这个过程的关键因素。本项目通过分析甲烷从底部的游离气区迁移进上部的水合物稳定区由游离向溶解的相态转化过程，研究了游离气在孔隙内形成水合物的传质特征；建立了一套模拟渗漏型水合物形成/分解实验平台，得出了相关动力学常数数据；以浓度差为水合物反应的驱动力，运用流动传输理论建立耦合气泡动力学常数的水合物形成模型，得出了水合物形成前后原位孔隙内毛细压力以及沉积物渗透率等静水力学参数的变化规律；并运用于具体的南海北部神狐海域水合物区，分析了该区域高饱和度水合物分布的原因，提出了一套动力学成藏演化机理；最后进一步分析了开采这种海底水合物储层的风险控制因素。结果表明：水合物的形成与当地沉积物孔隙中甲烷含量有关，而甲烷含量又受底部甲烷供给通量决定，迁移甲烷通量控制沉积物孔隙中孔隙水（液）+水合物二相向孔隙水（液）+游离气（气）+水合物三相这个转化过程，当游离气出现后水合物的传质和形成速度大大加快，更容易在沉积物内聚集成高含量的含水合物沉积层，如南海北部神狐区域很可能就有游离气参与了水合物的形成。. 本项目累计投稿和发表期刊论文7篇，其中中文核心4篇，中文EI论文1篇，投稿并正在审稿英文SCI论文1篇，中文核心论文1篇；投稿国外会议2篇(摘要)，投稿和参加国内会议6次，其中小组报告3次，展板展示3次；申请并被授权国家专利1项；培养毕业硕士研究生1名；一本译著已翻译校正完毕待出版。. 本项目研究结论可为未来海底水合物的勘探与资源量计算提供技术和理论依据，并为开发这种新能源提供参考，同时对水合物动力学传质和传热过程、水合物的聚集与分布和水合物开采技术方案等研究都具有一定的指导作用。