复杂多孔介质体系水合物热力学生成条件/生成量及预测模型研究

天然气水合物是21世纪的重要后续替代能源，我国广阔的海域和专属经济区有着广泛的天然气水合物资源前景。水合物资源调查和勘探工作需要圈定天然气水合物的稳定存在区域，这首先需要确定多孔介质中水合物存在的温压条件及水合物生成量。水合物资源的开发同样需要基于沉积物中的水合物稳定条件制订开采方案。目前该方面的研究尚不完善。本课题在首先建立恒容升温分解平衡法和恒压差细管流动法基础上，测定不同多孔介质特性、气体组成、含水饱和度及盐分组成下水合物生成条件数据，考察各因素对水合物生成条件的影响规律；并采用一维水合物形成装置，根据采集的水合物形成过程中的气体消耗量、流量、压差、电阻率等数据，考核多孔介质特性和含水饱和度等对水合物生成量的影响及水合物生成过程中伴随的气体分馏效应；最后通过引入空隙介质的表面效应、孔隙分布及分形理论，建立适合多孔介质体系的水合物热力学生成条件预测模型以及水合物生成量预测模型。

天然气水合物是21世纪的重要后续替代能源，我国广阔的海域和专属经济区有着广泛的天然气水合物资源前景。水合物资源调查和勘探工作需要圈定天然气水合物的稳定存在区域，这首先需要确定多孔介质中水合物存在的温压条件及水合物生成量。水合物资源的开发同样需要基于沉积物中的水合物稳定条件制订开采方案。目前该方面的研究尚不完善。本课题在首先建立恒容升温分解平衡法和恒压差细管流动法基础上，测定了不同多孔介质特性、气体组成、含水饱和度及盐分组成下甲烷＋120~140目活性炭、180~200目石英砂、三种氧化铝、13X 分子筛、SBA-15介孔分子筛、SDS水溶液+20～40目、80~100目石英砂、三种不同孔径的硅胶以及二氧化碳、(CH4 + C2H6 + C3H8)混合气体系水合物生成条件数据，考察了各因素对水合物生成条件的影响规律，发现多孔介质的尺寸分布对水合物相平衡性质有较大影响；并采用一维水合物形成装置，根据采集的水合物形成过程中的气体消耗量、流量、压差、电阻率等数据，考核了多孔介质特性和含水饱和度等对水合物生成量的影响及水合物生成过程中伴随的气体“分馏”效应，再现了沉积物中的水合物形成过程；最后通过向反应-吸附双过程水合物形成机理模型中引入空隙介质的表面效应、孔隙分布及分形理论，建立了适合多孔介质体系的水合物热力学生成条件预测模型以及水合物生成量预测模型，用于描述多孔介质中甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳的水合物生成条件。当假定孔隙边界为圆形时，开发的模型计算精度与传统的van der Waals-Platteeuw模型相当或稍优，当引入边界效应时，多孔介质体系中水合物相平衡的预测精度大大提高。本项目部分成果荣获2011年中国石油和化学工业联合会科学技术奖科技进步二等奖，发表论文23篇，其中SCI收录21篇，授权中国发明专利3项，培养博士研究生和硕士研究生各4名。