含甲烷水合物多孔介质渗流特性研究

摘要

天然气水合物广泛地存在于地球的冻土区和海洋沉积层中，储量巨大，是未来潜在的能源之一，具有广阔的开发前景。水合物储层是具有渗透性的多孔介质，多孔介质内的渗流特性影响着天然气水合物开采中的气水流动状况，决定了水合物开采技术开发及经济性。本文利用水合物渗流实验装置及磁共振成像(MRI)仪进行了含甲烷水合物的多孔介质渗流特性实验研究。
　　本研究开发了一套水合物生成及原位渗透率测量实验装置，利用该装置，用细颗粒玻璃砂模拟了有效应力作用下的水合物储层，采用气过量恒压法生成甲烷水合物，并进行了原位水合物储层渗透率测量。研究了水合物饱和度对渗流特性的影响，随着多孔介质中水合物饱和度的增加，多孔介质的渗透性会显著减小，但不同饱和度下的衰减趋势并不一致。存在某个临界饱和度值，当饱和度高于该值时，其渗透率随饱和度增加的衰减速率加快。将实验结果与现有水合物渗透率模型对比分析，发现低于该临界饱和度值时，水合物以颗粒包裹生长为主，随着饱和度的增加，会倾向于孔隙中心填充的生长形式，因而渗透率衰减加快。实验中得到的临界饱和度值在35％左右，根据实验结果得出了分段渗透率衰减指数。利用磁共振成像(MRI)仪，搭建了一套含水合物多孔介质相对渗透特性的非稳态可视化测量系统，观测并分析了水合物的生成及多孔介质中气水渗流过程。在相对渗透率非稳态法测量中，必然涉及到一相对另一相的驱替，由于水合物自身的不稳定性，气驱水过程中很可能会引起水合物生成或分解，而导致实验失败。我们尝试并且验证了采用不同气体来实施该驱替的可行性。发现氮气会引起水合物分解，不能用于该驱替过程，甲烷只有在系统压力调整至接近相平衡压力时，才可顺利实现驱替。实验中还发现了水合物生成的随机性而导致储层非均质，进而引起实验测得的渗透率值随机或分散。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 天然气水合物概述

1．2．1 水合物基础知识

1．2．2 天然气水合物资源分布

1．2．3 天然气水合物开发进展

1．3 含水合物储层渗流特性研究及进展

1．4 本文主要研究内容

2 水合物渗透率模型与实验装置开发

2．1 渗透率原理及计算模型

2．1．1 达西定律

2．1．2 气体渗透率及相对渗透率

2．1．3 含水合物多孔介质的渗透率模型

2．2 渗透率原位测量实验装置设计

2．2．1 反应釜设计及结构

2．2．2 实验系统设计

2．3 有效应力的计算

2．4 水合物饱和度计算

2．5 本章小结

3 含水合物多孔介质渗透率稳态法测量

3．1 实验初期验证

3．1．1 装置可靠性验证

3．1．2 有效应力的影响

3．2 实验参数与过程

3．2．1 实验参数

3．2．2 实验过程与步骤

3．3 水合物饱和度对储层渗透率的影响

3．3．1 水合物生成过程分析

3．3．2 渗透率测量结果

3．4 本章小结

4 含水合物多孔介质相对渗透率非稳态MRI可视化分析

4．1 实验装置与步骤

4．1．1 磁共振成像理论

4．1．2 实验系统

4．1．3 实验参数与步骤

4．2 非稳态法气体验证

4．2．1 水合物生成过程

4．2．2 氮气驱替验证

4．2．3 甲烷气驱替验证

4．3 储层非均质性研究

4．3．1 水合物生成的不均匀性

4．3．2 流动的不均匀性

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢