南海北部陆坡天然气水合物成藏特征研究进展分析

南海北部陆坡区域构造地质控制着气源、流体疏导体系、富集空间及储层物性特征,因此,东沙海域、神狐海域、西沙海槽和琼东南盆地的水合物成藏条件及控制因素具有明显差异性。东沙海域深部气体可沿断层、裂缝、不整合面、砂岩疏导层和气烟囱等通道向上运移,并形成天然气水合物,具有渗漏型水合物产出特征;神狐海域水合物成藏与规模巨大的泥底辟活动相关,并与布莱克海台天然气水合物产出特征具有相似性;琼东南盆地中央坳陷带内为天然气水合物发育的重点区,底辟、泥火山或麻坑构造与天然气水合物发育密切相关。     

电阻层析成像技术及其在水合物开采模拟实验中的应用

电阻层析成像是一种可视化的无损测量手段,可以为天然气水合物开采过程室内模拟实验提供有效的监测途径。首先介绍了电阻层析成像技术的工作原理、发展历程与应用现状,重点对电阻层析成像技术在天然气水合物室内模拟实验方面的主要应用进行了综述,并分析了存在的问题,在此基础上给出了解决问题的建议,为下一步开展水合物的电阻层析成像实验提供参考。     

能源土边界面模型的应力更新算法及算例分析

水合物的存在会显著影响能源土的刚度、峰值强度与剪胀性。针对已有能源土模型的不足，结合边界面模型的建模思想，构建一个新的能源土边界面模型，模型参数较少，能够恰当反映能源土的应力-应变关系。计算能源土变形问题的核心在于正确积分塑性本构方程，应用完全隐式回退Euler算法，建立模型应力及塑性内变量的更新公式，并给出显式的一致性切线模量表达式。基于ABAQUS软件提供的二次开发接口，编写模型的用户材料子程序，应用已有试验数据验证程序正确性。最后应用开发的子程序对能源土的平面应变试验进行模拟，分析水合物饱和度对剪切带倾角与孔隙比的影响。     

多相流管输体系中水合物沉积机理研究进展

国内外对多相流管输体系中水合物沉积的研究虽然很多，但水合物沉积机理仍有待进一步研究。本文根据水合物沉积实验开展条件的不同，将多相流管输体系分为气体主导体系、油基体系、部分分散体系、水主导体系，总结了各体系的水合物沉积的主要机理，并提出了未来的发展方向。管输体系中水合物沉积机理包括水润湿沉积表面、水合物颗粒聚并、水合物的管壁膜生长、水合物颗粒的管壁粘附和水合物的颗粒着床沉积等。大多数学者认为：水合物的管壁膜生长是气体主导体系水合物沉积的主要机理；油基体系水合物沉积的主要机理是水合物颗粒的着床沉积；而部分分散体系和水主导体系的水合物沉积机理尚无统一定论，需进一步研究。多相流管输体系中水合物沉积研究未来的发展方向如下。①搭建全透明的流动环路，观测水合物在管路内实际的形成过程及沉积过程，对水合物沉积机理进行深入研究。②量化研究油水分层、油包水(或水包油)乳状液、自由水层对水合物沉积、堵塞的影响。③对于气体主导体系，除环状流和分层流外，有必要对段塞流、气泡流等其他常见的流型下沉积机理进行研究，重点在于开发一个综合模型来描述水合物沉积过程。④对于水主导体系，水合物形成过程出现的油水破乳的具体机理应是未来水合物沉积过程进行定量研究的方向。⑤国内外对垂直管、弯管及管阀件处水合物沉积堵塞理论研究较少，未来应着重这方面。     

不同饱和度水合物对沉积物固结回弹特性的影响

天然气水合物已被我国列为新矿种,其开采利用至关重要。为了研究含天然气水合物沉积物的固结回弹特性,利用多功能含天然气水合物沉积物试验系统室内合成试样,制备不同水合物饱和度的沉积物进行等向压缩、卸荷回弹试验。试验结果表明:水合物饱和度越高,沉积物压缩性越低;饱和度越低,压缩性越高。卸荷回弹阶段,水合物饱和度大小对回弹系数影响不大。     

海洋天然气水合物储层拉削开采新方法及可行性分析

针对深水浅层非成岩天然气水合物借鉴刨煤机刨削采煤过程提出一种新的拉削开采方法，参照拉刀结构特点设计了一种集开采、收集和输送为一体的拉削管。建立了拉削开采三维模型，对其工作原理和工作步骤进行了说明。用有限元仿真对采空区和拉削管受力进行了分析。结果表明，岩土力学仿真下采空区开采半径和开采角度的增大都会引起剪切应力的增加，最大剪切应力发生在采空区上部的起始位置和终止位置；在不发生剪切破坏的采空区中选择体积较大者作为理想采空区，估算出拉削开采方法的日产气量为142000 m3，具有应用潜力；开采工况下，拉削管的最大等效应力小于管材的屈服极限，表明开采过程中拉削管处于弹性形变，满足方法需求。     

天然气水合物储层泥质细粉砂挡砂介质堵塞规律与微观挡砂机制

中国南海海域部分天然气水合物储层中地层砂为高泥质含量细粉砂，开采防控砂难度较大。针对高泥质细粉砂挡砂机制问题，使用粒度中值为10.13 μm的泥质细粉砂样品，模拟单向气液携砂流动条件，使用绕丝筛板、金属烧结网、金属纤维、预充填陶粒4类挡砂介质在20~80 μm挡砂精度下进行挡砂模拟实验，采用显微成像系统观察挡砂介质内部及表面砂粒沉积与堵塞动态，分析介质流通性能和挡砂性能变化，总结堵塞规律、微观挡砂机制与形态及其控制因素。研究结果表明，不同类型和精度的挡砂介质对泥质细粉砂的堵塞总体呈现堵塞开始、堵塞加剧和堵塞平衡3个阶段。随着驱替进行，挡砂介质渗透率逐渐降低，幅度会高达90%以上；同时过砂速度减缓，最终过砂率为5%~10%。根据堵塞规律和微观图像分析，提出了粗组分分选桥架、局部砂团适度挡砂、整体砂桥阻挡等挡砂介质对泥质细粉砂的3种微观挡砂机制。以粗组分分选桥架挡砂机制为主的挡砂工况下，挡砂介质堵塞渗透率较高，但过砂率超过15%，挡砂效果较差；以整体砂桥挡砂机制为主时，过砂率在10%以下，挡砂性能较好，但各类挡砂介质的堵塞渗透率不足1 D，流通性能较差。局部砂团适度挡砂机制为主时介质挡砂性能及流通性能介于两者之间。挡砂介质对天然气水合物储层泥质细粉砂的微观挡砂机制和形态受挡砂介质类型、精度、地层砂特征以及流动条件等因素控制，其规律对于水合物泥质细粉砂防控砂优化有指导意义。     

低剂量抑制剂Inhibex501存在下的甲烷水合物相平衡研究

含动力学抑制剂的天然气水合物相平衡研究对新型低剂量抑制剂的开发具有指导作用。在283.6 ~ 290.9 K和7.51 MPa ~ 15.97 MPa的温压范围内研究了抑制剂Inhibex501及其溶剂2-乙二醇单丁醚对甲烷水合物相平衡条件的影响。实验结果显示，0.5wt%和2.0wt%浓度的Inhibex501对甲烷水合物形成的热力学条件具有促进作用，能使甲烷水合物形成移向更高的温度或者更低的压力，而2-乙二醇单丁醚在浓度0.2wt% ~ 1.0wt%范围几乎不改变甲烷水合物形成的热力学条件，N-乙烯基己内酰胺与N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物对水合物形成热力学条件的改变起主要作用。     

天然气水合物的开采方法及困境

我国对天然气水合物研究取得了一批重要成果,已步入世界先进水平。但目前天然气水合物的开发仍受到理论认知、开采方案、关键技术、安全环保、开采成本等方面的制约而难以实现规模化的商业开采。文章概述了目前关于可燃冰开采的几种方法及其优缺点,并对开采困境作出了阐述,对开发前景做了展望。