冻土区天然气水合物注热开采方法研究

Mathane gas hydrate is a kind of important and abundant resource in the earth. Gas hydrate samples have been obtained from the South China Sea and the Qilian Mountain permafrost and the reserve is proved to be abundant. The methane gas hydrate in the permasfrost regions such as Qilian Mountain is the most likely to be mined first because it is located at land and shollow in the stratum.However,study on methane gas hydrate in such permafrost regions is very lack. Considering the key problem in the exploitation of gas hydrate is the coupling movement between the multiple-phase poral seepage and the deformation of stratum, this project will carry out the following studies: (1) Study on the basic parameters of the methane gas hydrate stratum in the permafrost regions such as pore-fracture characteristics and permeability and thermal and mechanical properties.（2）Experimental study on the multi-phase seepage and stratum's defromation containing phase transition in the mathane gas hydrate stratum in the permafrost regions during exploitation by heat-injection. (3) Numerical simulation on the methane gas hydrate dissociation and seepage and stratum's deformation considering thernmal conduction in the methane gas hydrate stratum in the permafrost regions. By these studies the basic parameters the rules of multi-phase seepage containing phase transition in the mathane gas hydrate stratum in the permafrost regions can be obtained and so can be provided as the basis to optimize the exploitation scheme of mathane gas hydrate in the permafrost regions.

天然气水合物是储量巨大的重要的潜在能源资源，在我国南海和祁连山冻土区均已取得水合物样品，在东北漠河地区也发现存在水合物的证据，而且初步勘探表明储量丰富。由于地处陆地且埋藏浅，象祁连山这类冻土地区的水合物最有可能先开采，但是目前还非常缺乏这方面的研究。鉴于水合物开采的关键是含水合物相变的多相孔隙渗流和地层变形的耦合运动，本项目将以实验为主，数值模拟和理论分析为辅进行：（1）冻土区水合物地层的孔隙裂隙特征和渗透特性与热物性和力学特性等基本参数的研究；（2）注热开采时冻土区水合物地层中含水合物相变的多相渗流和地层变形实验研究；（3）冻土区水合物地层中考虑热传导且含相变的水合物分解渗流和地层变形数值模拟研究。通过这些研究获得冻土区水合物地层的基本参数、以及含水合物相变的多相渗流规律，为在冻土区水合物的优化开采方案提供依据。

本项目主要针对祁连山水合物层以及非常缺乏的冻土地区水合物注热开采方法进行研究。以实验为主，数值模拟为辅，利用祁连山水合物区岩芯和人工制备岩芯合成水合物沉积层并开展了：1）水合物沉积层物性和力学参数测量研究；2）含水合物相变的热传导和多相渗流实验研究；3）水合物沉积层中考虑热传导的含水合物相变的数值模拟研究。.取得的主要进展包括：1）开展了冻土区水合物沉积层物性和力学参数测量，获得了祁连山水合物区岩芯和人工制备的岩芯，测量了这些岩心的孔隙裂隙结构特性、密度、孔隙度和渗流系数、热传导系数、应力应变等参数，为冻土区含水合物沉积层的储层物性认识和实验室内含水合物沉积层的制备提供了基础的物理和力学数据；2）以我国祁连山冻土区岩心的物性参数为基础，制备含水合物沉积层，开展了注热、降压开采时冻土区水合物沉积层含水合物相变的多相渗流实验模拟，通过加热、降压等促使水合物分解，获得地层中随着水合物分解引起的渗流、分解前沿、孔压分布等基本数据和变化特征，分析水合物分解过程温度场、压力场和水合物分解场的演化规律；3）提出了冻土区水合物沉积层考虑热传导的含水合物相变的数值模拟方法，以实验数据和基本物理过程为基础，根据祁连山孔隙裂隙地层特点，提出水合物分解渗流模型，并针对水合物分解渗流规律进行了分析。本成果为我国冻土区水合物开采提供理论指导。.通过这些研究获得祁连山地区水合物沉积层的基本参数，并为这类冻土区水合物的开采优化方案提供依据，另一方面，该项研究也可以开拓含水合物相变的孔隙裂隙介质中的多相渗流的新视野。项目研究取得的成果共发表论文10篇, 其中SCI 5篇；获得授权发明专利4项。