15 / 2022-11-30 15:59:32

气水两相流在孔道中形成水锁的分子模拟及对可燃冰开采的意义

水锁,水/甲烷两相流,纳米圆管孔,纳米压力计,水合物开采

天然气水合物开采过程中，通过降压、注热等开发手段，水合物的温压平衡条件被打破而原位分解为水和甲烷气，随后通过储层孔隙系统渗流到井筒中。然而，孔隙中的水可能会形成水锁堵塞渗流通道，以至于阻止天然气运移。因此，水锁也是水合物开采过程中的潜在障碍之一，但其形成的内在机制仍不清楚。本研究利用分子模拟手段，调查了亲水圆管纳米孔中的水/甲烷两相流动，并利用新建立的“纳米压力计”方法精确控制压差，获得了不同含水饱和度(S_w)下的高质量纳米流动。结果显示，随着S_w增加，甲烷流量几乎呈线性下降，直到S_w超过阈值时形成水锁，导致甲烷流动突然停止。而且，S_w越大，水锁形成时间越早，形成长度越大。基于本研究新提出的水锁模型，进一步分析阐明了水锁的形成机理，即水/气界面的表面张力与水/壁界面的吸附力之间的竞争与平衡控制着水锁的形成。研究结果对于理解水合物分解产物的两相渗流过程，优化水合物开采过程中的除水产气方案具有重要意义。此外，新建立的纳米压力计可广泛应用于其他纳米流模拟中，以利于精确测量局部压力。