沉积物中天然气水合物三维分解动力学研究

近年在我国南海神狐海域发现天然气水合物实物样品，进行天然气水合物开采相关技术的研究，对我国具有特殊的学术价值和现实意义．天然气水合物在沉积物中的分解动力学是开发自然界中天然气水合物资源的基础问题．本研究在前期一维、二维开采模拟研究的基础上，根据神狐海域水合物藏的海底埋藏深度、水合物饱和度、温压条件、沉积物特性等条件，利用天然气水合物开采综合模拟实验平台，采用降压法、热激法和蒸汽热吞吐法，进行不同的井网布置条件下水合物三维开采模拟实验，得出水合物分解产气、产水规律，测定分解驱动力(如压力差、温度差等)、水合物颗粒总表面积与产气产水速度等分解动力学参数．同时，建立相应的三维数学模型进行数值模拟反演，最终得出沉积物中水合物分解的动力学参数，为未来我国实地开采南海天然气水合物资源提供理论依据．

国家自然科学基金项目：沉积物中天然气水合物三维分解动力学研究（NO. 51004089）。项目组完成了课题项目资助计划书规定的全部研究内容，所取得的研究成果包括发表的相关学术论文、授权的发明专利等，以及培养的博士研究生和硕士研究生均达到或者超过资助计划书的规定。主要包括以下方面：利用本实验室现有的天然气水合物相平衡实验装置，测定不同种类、不同孔径、粒径分布条件下的沉积物中天然气水合物平衡形成条件，确定水合物平衡形成条件下各组分在气－液－水合物晶体三相中的含量；完成先进统计缔和流体理论(SAFT)状态方程，统计热力学van der Waals-Platteuw及毛细管作用预测水合物在沉积物中的相平衡模型。利用自行研制的天然气水合物中试规模三维模拟系统（Pilot-Scale Hydrate Simulator，PHS），开展沉积物中水合物在单井法、五点法等布井方式，利用若干垂直开采井，进行单井热吞法、五点井网热激法等垂直和水平布井方式下的水合物单一和联合开采方法，分析该水合物开采方法的主要影响因素，模拟水合物在三维矿藏形成分解实验过程中的变化规律。在合适的水合物藏孔隙度、饱和度和渗透率等参数条件下，建立了实验过程相应的水合物三维数学模型．利用TOUGH+HYDRATE模拟软件，通过对各种参数(水合物初始饱和度，沉积物孔隙度、渗透率，系统初始温度、压力等以及开采井布置方式)的调整与实验数据进行拟合，对水合物分解过程进行数值模拟，得出沉积物中水合物分解的动力学特性。