195 / 2023-07-14 23:10:21

多孔介质中水合物生成动力学的实验与模拟研究

天然气水合物，非均质分布，降压法，动力学模型，生成分解

天然气水合物(NGHs)是一种广泛分布于深海和永久冻土层，资源潜力巨大的非常规天然气资源。水合物的非均质分布特征是影响水合物资源评估和水合物开发风险评价的重要问题，也是研究水合物降压分解过程的基础。围绕水合物非均质分布的量化分析和水合物降压开采能效评估的难题，以中国南海神狐海域水合物地质模型为基础，通过小型三维立方体水合物模拟器 (CHS，5.832 L)，在高压低温环境中原位合成了甲烷水合物，并采用降压法进行水合物分解实验。建立一个新的综合水合物动力学模型，整合孔隙尺度下水合物的相变演变特征，区分水合物生成和分解过程中反应面积的差异。新的动力学模型以不同水饱和度量化区分了水过量、气过量和气水均衡孔隙环境的分布特征。将该模型植入Tough+Hydrate (T+H)模拟器中，并对水合物生成和分解过程的实验数据进行了历史拟合和模拟预测。结果表明：(1)由于水合物生成放热和边界传热影响，反应釜内的温度呈现着从内向外逐渐减小的梯度分布，从而导致水合物在反应釜内的不均匀分布，其中，靠近反应釜壁面的水合物饱和度比反应釜内部区域的更高。(2)水合物非均质分布严重影响水合物分解效率，在降压开采过程中，水合物分解速率随时间逐渐下降。水合物分解前沿从靠近反应釜壁面位置不断向内部收缩，使得分解前沿的面积减小和传热距离增大，导致分解后期水浴环境向反应釜内部的传热速率逐渐降低。(3)模拟结果的温度场、压力、水和水合物质量变化与实验结果的具有很高的重合性，证实了新的动力学模型具有很高的可靠性和准确性，可用于预测多孔介质中水合物生成和分解特性，为实地水合物开采和水合物技术应用提供理论支撑。