松散沉积物中天然气水合物降压分解阵面演化规律研究

Since several in-situ tests of natural gas hydrate (NGH) recovery by depressurization in America, Japan and Canada are of poor efficiencies, a thorough understanding of its controlling mechanism has great significance for mining method improvement. In this study, considering location of NGH dissociation front indicates range of hydrate-bearing sediment where NGH has dissociated, evolution of the NGH dissociation front will be investigated mainly by model experiments to find controlling parameters of recovery efficiency, which will provide theoretical basis for improving mining method. Moreover, since key parameter of the NGH dissociation front evolution is NGH saturation which is barely reported in existing literatures, the time domain reflectometry method will be adopted in the experiments to achieve the measurement of NGH saturation.

当前美国、日本和加拿大等国采用降压法试开采天然气水合物的效率太低，需要揭示其原因从而改进开采方法。由于水合物降压分解阵面的位置反映了地层中水合物发生分解的范围，本项目企图通过模拟实验，系统研究控制水合物降压分解阵面的位置随时间演化过程，明确主要控制参数对开采效率所起的作用，为改善开采方法提供理论依据。由于水合物饱和度是描述阵面演化的关键参数，然而文献中这方面的数据比较匮乏，本项目将运用时域反射技术给出较为精确的水合物饱和度的演化，达到模拟实验的目的。

目前，采用降压法开采天然气水合物的产气效率仍然无法满足商业需求，需要揭示其内在原因从而改进开采方法。本项目以模拟实验为主，开展了松散沉积物中天然气水合物降压分解阵面演化规律研究，基于阵面演化规律与产气效率控制因素等项目研究成果有针对性地进行了进一步的研究工作。首先进行了水合物降压分解阵面监测技术研发以及模拟实验装置改造工作；然后开展了水合物降压分解模拟实验，通过重复实验获得了不同实验条件下有效的水合物降压分解阵面演化实验数据；随后系统分析了水合物降压分解阵面演化规律，探讨了降压法开采水合物产气效率的控制机理与重要影响因素；最后进一步研究了含水合物沉积物渗透率以及变形研究以分析重要影响因素的变化规律。研究表明，松散沉积物中水合物降压分解阵面传播距离与传播时间平方根呈线性关系，沉积物粒径变粗，初始水合物饱和度减小以及降压幅度增大，均导致水合物降压分解阵面传播速率增大，而环境换热条件对于水合物降压分解阵面传播速率影响不明显；提出了水合物分解范围演化预测模型；进一步明确了降压法开采水合物产气效率的控制机理是传热效率，其重要影响因素是传热特征时间与渗流特征时间的比值；阐明了含水合物沉积物渗透率和变形参数在水合物分解过程中的变化规律。本项目能够为水合物降压分解范围预测以及开采方案设计优化提供有力支撑。