含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。     

含甲烷水合物的石英砂渗透率实验和分形模型对比研究

含水合物的多孔介质渗透率是影响水合物开采的关键参数,多孔介质渗透率与水合物的饱和度密切相关。定量研究多孔介质渗透率随水合物饱和度的变化,对自然界中天然气水合物藏内渗流场的研究具有重要的理论价值。本文以平均粒径为139.612 μm的石英砂为多孔介质,采用稳态注水法测量在不同甲烷水合物饱和度（0 ~ 28.56%）下的石英砂渗透率,将实验数据与两种不同水合物赋存形式（颗粒包裹、孔隙填充）下的石英砂渗透率二维分形模型进行了对比。结果表明,石英砂渗透率比K_r随甲烷水合物饱和度S_h的增大呈现指数减小的趋势。当水合物饱和度低于11.83%时,渗透率比下降缓慢。而当水合物饱和度高于11.83%时,渗透率比下降迅速;当饱和度指数n = 12时,渗透率分形模型与实验数据吻合良好。通过分形模型与实验数据对比,发现当水合物饱和度低于11.83%时,甲烷水合物的赋存形式为颗粒包裹型。在11.83% ~ 28.56%水合物饱和度范围内,甲烷水合物的赋存形式为孔隙填充型。本研究成果量化了石英砂渗透率与甲烷水合物饱和度的关系,确定了含甲烷水合物的石英砂的渗透率分形模型的参数取值。     

天然气水合物储层渗透率研究进展

天然气水合物是清洁、高效、储量巨大的未来最具潜力资源之一,而储层的渗透率是影响水合物资源开采时产气效率的重要参数。目前,国内外对天然气水合物储层的渗透率进行了大量的研究并取得一定进展,本文从数值模拟、储层现场探井、实验研究等方面全面回溯,分析总结了孔隙度、饱和度、应力应变情况等对储层渗透率的影响,讨论目前储层渗透率研究存在人工合成水合物沉积物与自然储层存在差异,不同多孔介质形成的水合物沉积物应力敏感性不同,多相渗流研究不够充分,储层渗透率改造研究不足等问题,对未来的研究方向提出了展望。     

含水合物地层渗流特性实验研究进展及瞬态压力脉冲法适用性分析

调研了含水合物地层渗流特性实验研究进展,归纳总结了现有的缺点与不足;概述了瞬态压力脉冲法的基本原理及其应用现状,分析讨论了该方法应用于含水合物地层渗流特性实验研究的适用性。主要结论如下：保持稳定渗流难、测量耗时长和水合物易扰动是现有实验研究存在的主要不足;瞬态压力脉冲法能够解决上述不足,且测量精度高,具有良好的适用性,特别适用于我国南海含水合物地层。建议开展我国南海水合物成藏与开采过程中地层渗流特性模拟实验研究工作。     

天然气水合物沉积物颗粒影响实验CSCD

通过利用SHW-Ⅲ型水合物岩样声电力学测试装置,以石英砂和棕刚玉作为赋存介质,开展了60%、80%孔隙饱和度下不同颗粒对天然气水合物沉积物基础物性(声波波速、动态力学参数、胶结强度)影响的实验研究。得到纵波波速范围3542.6~4383.7 m/s,横波波速范围2163.9~2572.1 m/s,动态力学参数杨氏模量范围21.995~40.731 GPa,泊松比范围0.156~0.237等实验数据。当前实验条件下研究结果表明:不同颗粒类型、不同颗粒粒径作为天然气水合物沉积物骨架,最终形成的水合物沉积物电阻值相差不大;同一种颗粒粒径下的沉积物孔隙饱和度越高,声波传播速度越快,而相同类型的沉积物声波传播速度随其颗粒粒径的减小而增加;得到适用于60%、80%孔隙饱和度下一定颗粒粒径范围(0.42~1.8 mm)的以石英砂作为赋存介质时合成的天然气水合物沉积物声波波速拟合公式。通过压缩实验发现:天然气水合物沉积物的抗胶结程度随着沉积物颗粒粒径的减小而增强,随着孔隙饱和度的减小而下降。     

基于宽频复电阻率的含黏土沉积物中水合物饱和度计算方法

天然气水合物沉积物中的黏土成分显著影响沉积物的电学特性以及水合物饱和度的计算模型。以自主设计开发的复电阻率参数测量装置为实验平台,在20 Hz ~ 100 kHz频率范围内测试了黏土条件下含水合物海沙体系的复电阻率,分析了复电阻率的频散特性、黏土影响以及主导的电极化机制,利用泥质修正Archie公式建立了基于宽频复电阻率的水合物饱和度计算模型。研究结果表明：（1）含水合物海沙体系的复电阻率呈现出显著的频散特性,双电层极化和界面极化分别是20 Hz ~ 1 kHz和1 ~ 100 kHz频段主导的极化机制;（2）黏土颗粒表面的双电层发生形变增强了含水合物沉积物双电层极化作用,提高了复电阻率相角和虚部的绝对值;（3）在20 Hz ~ 100 kHz频率范围内泥质修正Archie公式岩性系数较为稳定,而胶结指数和饱和度指数与测试频率之间的关系在20 Hz ~ 1 kHz和1 ~ 100 kHz频段差异显著,因此应分频段建立水合物饱和度计算模型。本研究为探讨含水合物沉积物的低频电学特性和建立含黏土沉积物中水合物饱和度计算模型提供了新的途径。     

含甲烷水合物沉积物电–声响应特性联合探测：装置开发与实验研究

为了满足开展天然气水合物模拟实验、测试电学和声学特性参数以及建立特性参数与含水合物饱和度之间关系的需求,开发了一套电–声响应特性联合探测实验装置,以海沙模拟松散沉积物开展了甲烷水合物生成和分解模拟实验,联合探测了电学和声学参数,分析了被测体系的电学和声学响应特性。研究表明：（1）通过电–声响应联合探测实验装置能够同步获取宽频率范围电学阻抗谱和超声波接收信号波形;（2）通过设计电声复合传感器及其阵列式排布方式和“分时轮流”工作模式能够获取电学和声学参数的空间分布信息;（3）基于所提出的波动百分比和相关系数指标对不同频率阻抗模值进行评价所获得的100 kHz阻抗模值随含水合物饱和度的增加先减小后增大,经过有效压力校正后的超声波接收信号波动幅度值随含水合物饱和度的增加而升高;（4）上述两者分别可以作为分析和建立与含水合物饱和度之间关系的电学和声学有效特征参数。所开发的实验装置为将来开展含水合物复杂沉积物的模拟实验与测试工作提供了必要条件,所得到的电学和声学有效特征参数为含水合物饱和度计算模型的建立奠定了基础。     

聚胺水基钻井液中天然气水合物生成过程实验研究

实验采用定容压力搜索法测量了聚胺钻井液在3℃ ~ 13℃范围内甲烷水合物的三相平衡条件。定容条件下考察了在初始压力分别为8 MPa、10 MPa、12 MPa条件下聚胺钻井液中甲烷水合物的生成过程。结果表明,聚胺钻井液对甲烷水合物生成的热力学抑制作用并不明显。同时,提高反应的初始压力会显著缩短水合物的生成时间、增加水合物的生成总量、增大反应初期生长速率以及水合物生长的不均匀性。强化聚胺钻井液的传热传质速率并降低钻探时的井下压力有利于抑制钻井液中水合物的生成。     

基于TDR双参数的沉积物中水合物饱和度测量

针对沉积物中水合物饱和度的测量问题,立足于时域反射技术（TDR）能够同时获得含水合物沉积物表观介电常数和电导率的优点,提出了一种基于介电常数/电导率双参数的水合物饱和度评价新方法。在分析介电常数和电导率测量原理的基础上,设计了四氢呋喃（THF）水合物模拟实验与参数测量系统以及实验方案;基于TDR测量响应分析了孔隙水电导率对水饱和的以及含水合物的模拟沉积物介电常数和电导率的影响;利用TDR获取的不同水合物饱和度条件下的介电常数测量数据对比分析了经典介电常数模型的性能,并以Lichteneker-Rother（LR）模型为原型建立了水合物饱和度与介电常数之间的关系模型,以阿尔奇公式为原型建立了基于TDR测量电导率的水合物饱和度计算模型。研究结果表明：采用LR模型和Maxwell-DeLoor模型能够较准确地描述TDR测量表观介电常数与水合物饱和度之间的关系;基于表观介电常数/电导率双参数的水合物饱和度联合评价方法为提高评价结果的准确度和可靠性提供了新途径。将来需要结合水合物储层实际特征开展模拟实验并进一步完善饱和度计算模型,将基于TDR双参数的饱和度联合评价方法推广应用到含天然气水合物沉积物。     

热激励的CO_2置换CH_4水合物的实验研究

CO_2置换CH_4水合物具有在开采天然气水合物的同时储藏CO_2的功能.天然气水合物因其可燃烧、燃烧后污染小、储量巨大等特点被认为是未来最有可能的能源替代品,但CO_2置换天然气水合物存在反应周期长、置换速率低的缺点.提出了一种借助CO_2水合物生成热量激励CH_4水合物分解的方法,在低温、高压的纯水体系中,研究了温度为275.15 K,置换压力分别为2.3、2.5、2.8、3.0 MPa时有热激励和无热激励两种置换反应的区别.研究结果表明,有热激励的置换反应,由于提供了额外的热量,使CH_4水合物更易分解,从而加速了置换反应的发生,提高了置换速率.     

特低渗储层应力敏感性实验研究

采用砂岩储层敏感性评价实验方法（SY／T5358--2002）对长庆油田安塞县沿河湾地区长6储层14块岩心（岩心空气渗透率为0．0536×10^-3～2．4×10^-3μm2）进行了应力敏感性实验。实验结果表明,沿河湾长6特低渗储层存在中偏强应力敏感性。应力敏感系数为0．1601～0．8247。对14块岩样的渗透率随围压上升的变化曲线进行了拟合,并推导了应力敏感系数与初始渗透率之间的幂函数关系式。通过该式可以计算该储层渗透率应力敏感性伤害程度。同时,通过分析指出了该储层的应力敏感性和应力滞回效应、岩石组分和孔隙结构有关,岩石的有效孔隙越细小,黏土矿物和胶结物含量越高．岩石的渗透率对应力越敏感;当地层压力下降5MPa时,该储层应力敏感性造成的油井产量的降低范围在5．5％～25．2％,地层压力越低,则产量下降幅度越大。     

水合物导热系数和热扩散率实验研究

基于Hot Disk热常数分析系统的单面测试功能,建立了一套新的天然气水合物热物性测试系统,并实验研究了I型水合物（甲烷）、H型水合物（甲烷和甲基环己烷）的导热系数和H型水合物的热扩散率。结果显示甲烷水合物样品导热系数随温度的变化非常小,平均导热系数约为0.53 W/(m•K)。结合文献报道和实验分析发现零孔隙率甲烷水合物的导热系数大约为0.7 W/(m•K),水合物样品在压缩过程中虽然减少了孔隙,但是却引起晶体破碎,导致导热系数与理想值差距较大。水合物的导热系数与水合物的类型及客体分子有关,大体顺序为I型 > II型 > H型 > 半笼型水合物。甲烷−甲基环己烷生成的H型水合物热扩散率为0.205 ~ 0.26 mm2/s,和其他类型的水合物相当;水合物的热扩散率大约为水的两倍,而导热系数和水相近。