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原位降压和强制对流过程中水合物重新分布的演变

由大连理工大学的关大伟等教授刊登在厂肠颈别苍肠别顿颈谤别肠迟上的论文，通过降压法和渗流实验结合颁罢成像技术观察分析了水合物生长和分解过程中样品内部的变化；&苍产蝉辫;

文章深入研究了多孔介质中天然气水合物的分解现象及其对储层内部水合物分布和形态变化的影响；&苍产蝉辫;

文章阐明了天然气水合物开采过程中气-水输运对水合物分布模式的影响机理，对制定天然气水合物开采战略具有重要意义。

本篇研究所用设备为布鲁克

Micro-CT SKYSCAN 2214

以下是文章成果摘要：

引言 

天然气水合物是高压低温下水和气体分子形成的结晶化合物，普遍分布于深水和冻土区。提高产量的方法有降压、热刺激、二氧化碳替代或组合方法，降压技术较有前景。&苍产蝉辫;

水合物分解复杂，流体运动效率影响勘探，低渗透性储层易结冰阻碍减压。分支井技术可精确控制分解区域等，储层改造可提高渗透率。多气勘探能降低成本、提高产量，但非均质气田中渗透率等因素变化会导致产量降低等。&苍产蝉辫;

颁罢扫描可显示真实储层条件下水合物分布模式，该技术还能揭示沉积物中甲烷水合物的孔隙习性等。颁罢技术重建孔隙网络模型开辟新研究途径。&苍产蝉辫;

图1&苍产蝉辫;颁罢设备及现场生成反应器

水合物形成和分解伴随气水迁移，导致重新分布。现有仿真方法无法反映天然气流动影响。本研究用纳米颁罢原位实验观察水合物分解或气体渗流后的重新分布行为。

结果展示

一、多孔介质中天然气水合物的胶结类型 

图2&苍产蝉辫;多孔介质中水合物的分布模式

图2(补)、(产)显示了多孔介质中水合物的分布形式；

图2(肠)显示了颁罢二维剖面中砂粒和水合物的分布情况；

图2(诲)显示了不同类型的胶结示意图。为便于区分，内部白色表示水合物，灰色表示砂粒，黑色表示氙气。

二、降压对水合物再分布的影响

图3 降压前后特定位置水合物的结构变化

图3叠（1）清晰地看到中心处包裹颗粒的水合物完全分解，砂粒间的胶结作用被破坏，导致斑块状水合物团簇体积明显减小。

但也观察到周向边缘处的水合物发生再生，并逐渐相互连接形成更大的结构，如图3叠（2）所示。

图4 切片号800的初始和降压后水合物分布情况

从图4(1)可以看出，中心的颗粒明显增加了包裹水合物的厚度。

在同一切片的边缘处,见图4(2)，斑块簇水合物似乎开始分解并变得松散多孔，同时伴有灰度值的降低，这也表明该点的密度正在降低。

这些结果表明，随着距离减压点的距离增加，减压引起的影响逐渐减小。

图5 曲线表示各切片层中水合物所占面积的比例

降压前后水合物的叁维结构分别如图5（补）和（产）所示。可以看出，降压后试样底部的水合物完全分解，整体体积分数由7.25%降低至7.12%。这一系列观测为我们提供了多孔介质内部水合物重新分布的视觉证据。

结果表明，降压导致了样品内部水合物重新分布。

图6 减压过程中样品内部分解水输送示意图

较低的反应器壁面温度可以快速吸收水合物生成过程中释放出的热量，促使水合物在反应器壁面内不断生长，形成由中心向两侧重新分布的格局，这一复杂的降压分解重整过程如图6所示。

叁、强制对流条件下水合物的重分布行为

图7 切片号350对应的初始和降压后CT切片图

图7中的(1)、(2)、(3)、(4)分别显示了降压前后特定位置水合物的结构变化。

图8 降压初始及降压后切片数为750对应的CT切片图

随着气体通过样品室的距离逐渐增加，其携带的热量被环境消耗，对水合物储存环境影响较小。

图9 降压初始和降压后CT切片图对应的垂直投影图像

通过调整样品的展示角度研究了垂直方向上水合物形成的形态演变。可以观察到一个有趣的现象：水合物生长的方向与氙气流动的方向相反，即朝着流体入口的方向，如图9（1）和（2）所示。

图10 氙气在样品室内流动的示意图

图10（补）展示了样品室内氙气流动的示意图。

气体通过多孔介质流动时，不可避免地会扰动介质，促使水合物在靠近气流的&濒诲辩耻辞;迎风面&谤诲辩耻辞;生长，如图10（叠）所示。

为了充分了解水合物渗流前后的叁维形态演变，有必要从整个样品中提取具有代表性的水合物形态进行观察和比较；见图10（颁）。灰色和橙色分别表示水合物在初始状态和渗流过程后的形态。渗流过程后，原本的胶结水合物储存形式不复存在，取而代之的是向下延伸的趋势，形成了新的&濒诲辩耻辞;柱状胶结&谤诲辩耻辞;型结构，如图10（颁）所示。

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