石英砂中甲烷水合物注热水分解实验

为了了解自然条件下天然气水合物的分解性质，在20～40目石英砂中进行了甲烷水合物常压注热水分解实验。结果表明，与温度一样，电阻是甲烷水合物形成和分解良好的标示性参数：当水合物形成时，电阻快速增大；而水合物分解时，电阻则快速减小。实验研究与模拟计算均表明，在热水注入与水合物快速分解两个起始时刻之间有1.45 min左右的时差，此时热水带来的热量主要用于加热石英砂-水合物体系；实验结果还表明，注入热水后，水合物分解界面自注入端开始向另一端移动，由于热水渗透时经沿途冷却，分解界面的移动速度是逐渐减小的。同时在假定分解速率常数和传质推动力为常量的前提下，得出了石英砂中甲烷水合物常压注热水分解速率常数为6.29×10^-5mol/（min·m²）。     

海泥石英砂沉积物中甲烷水合物的生成

介绍了多孔介质中天然气水合物实验装置。在定压7 0MPa、恒温2 0℃条件下,利用甲烷气(99 9%)在海泥石英砂沉积物中(配比为海泥、石英砂各100g,蒸馏水50ml)生成水合物。其生成的诱导期较相同条件下甲烷气/纯水体系中水合物生成的诱导期缩短1/3(约40h),对其形成过程进行了初步归纳,发现并解释了水合物在沉积物中分层聚集的现象。     

甲烷水合物在石英砂中生成过程研究

在初始压力Pin=13．0MPa±0．2MPa,过冷度Twup=14．2K±0．1K条件下,研究了7种不同粒径石英砂中甲烷水合物生成诱导期、生成时间以及孔隙水“记忆效应”的影响。结果显示,石英砂中诱导期较纯水中明显缩短;石英砂粒径减小,诱导期变长。孔隙水“记忆效应”极大缩短甲烷水合物诱导期,并表现出随机性。石英砂中甲烷水合物生成时间与石英砂粒径、孔隙水“记忆效应”的关系与诱导期类似。分析认为石英砂颗粒提供更多成核中心,而孔隙减小阻碍了甲烷的扩散。     

石英砂介质中甲烷水合物生成过程和相平衡的实验研究

为研究小梯度温度范围内甲烷水合物在石英砂介质中生成过程的热力学和动力学特性,开展了定容条件下273.75K、273.85K、273.95K3种恒温水浴体系的甲烷水合物生成实验。研究结果表明:(1)反应温度越低,釜内甲烷水合物生成过程中反应热释放越快,相比于273.95K的反应体系,273.75K体系的反应釜内首次温度上升值为0.9K,约为273.95K体系的6倍;(2)随反应温度的增加,水合物的生成量和转化率逐渐下降;(3)反应温度越低,甲烷水合过程的前期反应速率越大,气液界面和石英砂表面生成的水合物薄膜阻碍了甲烷气与水之间的进一步传递,使得甲烷的单位消耗速率随反应的进行呈阶梯型递减。通过石英砂介质内甲烷水合物的生成实验,以期为工业上气体水合物的合成、储存与运输提供借鉴。     

甲烷水合物分解动力学模型

将甲烷水合物的分解过程看作球形颗粒消融问题，采用宏观气固反应动力学方法，建立了恒温减压条件下水合物的分解动力学模型，推导了甲烷水合物的分解速率方程。采用实验数据进行动力学分析，认为在℃以下，水合物分解速率由气体在冰层的扩散过程控制。通过对比甲烷气体在冰层内有效扩散系数的模型计算值和实验值，对模型进行验证，误差分析表明，所提出的甲烷水合物分解动力学模型计算结果与实验值吻合良好。     

乳液中甲烷水合物的生成反应实验

在可视化高压反应釜系统中,研究了甲烷水合物在油包水型乳液中的生成情况,反应的前30 min搅拌,油相为辛烷或十六烷,乳化剂为丙二醇脂肪酸酯（Emcol PO-50）、失水山梨醇油酸单酯（Span80）、单硬脂酸甘油酯（Aldo 28）。将乳液体系和纯水以及含乳化剂的纯水体系进行了对比,结果表明：甲烷水合物在油包水型乳液中可以有效提高反应速率,生成的水合物成粒状,含水率低。在选择油相时,需选取不生成水合物、在水中溶解度小而且对甲烷溶解度尽量大的有机溶剂,最后对油包水型乳液中甲烷水合物的生成机理进行了探讨。     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

石英砂与树脂覆膜砂实验渗透率影响因素分析

在出砂气藏,支撑剂对其开采有着至关重要的作用,而渗透率又是支撑剂重要性能。石英砂和树脂覆膜砂有着不同渗透率,主要通过室内实验方法研究,分别用气测和液测它们的渗透率。气测时,改变气体的流速,分析不同流速和不同时间对渗透率的影响。液测时,分别在不定轴向压力下改变液体流速,稳定轴向压力下改变液体的流速,分析轴向压力、流速以及不同时间对渗透率的影响。该研究对深入了解油气藏的开发动态和采收率具有一定意义。     

石英沙中甲烷水合物的降压分解实验研究

为了解自然赋存条件下天然气水合物的分解性质,本研究在20～40目石英砂中进行了甲烷水合物降压分解实验。实验表明,与温度及压力一样,电阻是甲烷水合物形成和分解良好的指示参数。当水合物形成,电阻快速增大;水合物分解时电阻快速减小。实验研究表明,与注热水分解相比,降压分解速率要小得多。同时当采取密闭的分解方式时,随着分解的进行分解速率逐渐变小。由形成/分解体系的物料衡算及反应速率方程可以得出分解速率常数值。     

二氧化碳置换甲烷水合物的实验研究

CO2置换CH4水合物是一种开发CH4的新方法,该方法既可以开发CH4,又可以永久储存CO2。通过自行优化设计的实验装置,研究了石英砂介质体系中温度和压力对置换效率的影响。实验结果表明,在置换压力为2.5MPa,温度为273.15K、274.15K、275.15K、276.15K、277.15K、278.15K时,置换率分别为1.75%、6.99%、13.43%、5.53%、22.64%、44.90%;在温度为275.15K,置换压力为2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa时,置换效率分别为37.11%、13.43%、3.44%、4.58%。可见,温度和压力都是推动CO2置换CH4水合物反应的影响因素。     

利用声波资料计算天然气水合物饱和度的可靠性实验

为了探讨利用声波速度数据计算天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的可靠性,通过岩石物理实验测量非固结砂泥沉积物中水合物生成过程中的纵、横波速度及其变化值;利用物质平衡方程,结合pVT状态方程及其测试条件,建立了实验过程中水合物饱和度的计算模型;在此基础上,分析了非固结沉积物声波速度随水合物饱和度增加的变化规律,利用修正的Lee权重声波公式,计算了水合物的饱和度,并与实验得到的饱和度数据进行了比较。研究结果表明:(1)在水合物含量达到一定程度的情况下,可以利用声波资料计算水合物的饱和度;(2)随着沉积物中水合物含量的不断增加,非固结砂泥沉积物的纵、横波速度也随之增大,二者之间具有较好的线性相关性;(3)利用声波资料计算所得的水合物饱和度数值与实验室测试得到的结果可比性较高、误差较小。结论认为,该研究成果为利用实际声波测井资料计算水合物的饱和度提供了依据。     

多孔介质中甲烷水合物聚散过程的交流阻抗谱响应特征

电学特性实验是探索天然气水合物(以下简称水合物)生成分解过程及其动力学特征的有效技术手段。较之于过去单一的仅对电阻率参数进行测试的实验方法,交流阻抗谱测试方法可以获得一定频率范围内被测体系的阻抗(包括电阻、电抗)特性变化规律,从而有助于更全面深入地认识水合物的电学性质特征。为此,设计了甲烷水合物交流阻抗谱测试系统,以甲烷水合物一多孔介质一浓度为3.5%的盐水为研究体系,测试了水合物在多孔介质内合成与分解过程中研究体系的阻抗谱,并分析了阻抗谱特征参数随水合物饱和度变化的规律。结果表明:①采用激发源的不同频率测试的结果差异明显,在低测试频率(0.1~10.6 Hz)下,测试体系的水合物饱和度与阻抗谱参数之间未表现出明显的规律性关系,而在中高测试频率(101.8 Hz~1 MHz)下,阻抗谱参数随着测试体系水合物饱和度的增加而增加;②当测试频率为101.8Hz、1 114Hz和10 746 Hz时,在一定的误差允许范围内,测试体系的阻抗谱参数与水合物饱和度之间符合单调递增的线性关系;③阻抗幅值的频散特性与水合物饱和度之间存在着明显的对应关系。     

沉积物中甲烷水合物的CO2置换实验

CO₂置换法是一种具有经济和环境双重效益的天然气水合物开采方法,如何测定CO₂置换沉积物中甲烷水合物的置换速率以及怎样提高置换效率一直备受关注。为此,利用自行研制的实验装置,分别进行了置换温度、甲烷水合物饱和度两个因素影响下的CO₂置换沉积物中甲烷水合物模拟实验,探讨了这两个因素对CO₂置换效率的影响规律,并对得到的影响规律进行了置换反应物理过程和相关理论分析。结果表明：①在实验条件下置换反应过程经历快速反应和缓慢反应两个阶段,快速反应阶段的甲烷产气过程受表层甲烷水合物分解过程所控制,而缓慢反应阶段的甲烷产气过程受气体在孔隙水或者冰内的扩散过程所控制;②甲烷水合物分解方式包括吸收CO₂水合物合成释放的热量而分解与降压引起的分解,前者主要由孔隙水或冰的含量决定,而后者主要与温度和压力条件有关;③置换效率随置换温度的增加和甲烷水合物饱和度初始值的减小而变大,置换出来的甲烷气体量随置换温度和甲烷水合物饱和度初始值的增加而增大。结论认为,CO₂置换法更适用于水合物饱和度较高的海域甲烷水合物地层。     

人造海水中不同的多孔介质内甲烷水合物生成特性研究

结合海底水合物沉积成藏特征,发现水合物易在海底沉积物中生成,且还有类似表面活性剂的催化酶存在。结合以上因素,实验将人造海水和十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行混合,研究了碳酸钙和二氧化硅作为多孔介质时甲烷水合物的生成情况。研究表明:(1)多孔介质体系较无多孔介质体系实验剩余压力更低,水合物的储气密度和储气速率更大,其中1 mm碳酸钙的促进效果最优;(2)多孔介质表面特性和粒径变化均会改变水合物的储气效果,同种粒径下,碳酸钙促进效果优于二氧化硅;(3)人造海水中的低浓度盐类通过离子交换和破坏SDS胶束团的作用,对水合物储气效果的促进优于纯SDS溶液;(4)三者的协同体系可以有效地缩短水合物的诱导期,为探究海底水合物成因和水合物快速生成技术的应用提供了参考。     

降温速率和粒径对砂土中甲烷水合物形成过程影响研究

为研究降温速率和多孔介质粒径对天然气水合物形成过程的影响,在2种不同粒径的砂土中开展了甲烷水合物的形成实验研究。5个不同的降温速率被应用到2种粒径砂土中甲烷水合物的形成实验。实验结果表明,降温速率对砂土中甲烷水合物的成核时间有明显的影响。降温速率越快,甲烷水合物所需的成核时间就越短。同时,降温速率越慢,甲烷气体形成甲烷水合物的气体转化率就越高。不同的降温速率也影响形成实验中降温阶段和恒温阶段的甲烷水合物形成情况。在较低的降温速率下,恒温阶段的气体转化率相对较少。不同的多孔介质对甲烷水合物的形成过程也具有明显的影响。相对来说,在相同条件下,甲烷水合物在粗砂土中比在细砂土中更容易形成;在粗砂土中形成甲烷水合物,其气体转化率比在细砂土中形成的甲烷水合物更高。     

电阻率在天然气水合物三维生成及开采过程中的变化特性模拟实验

为获取更多的清洁高效能源,全球范围内都正在开展与天然气水合物（以下简称水合物）开采相关的研究,其中电阻率作为表征水合物变化的一个重要参数也被纳入了重点研究范畴,但其在水合物三维生成及开采过程中的变化特性尚未见报道。为了得到三维系统下水合物的电阻率变化数据,利用三维水合物反应釜,实验室模拟研究了水合物在多孔介质中生成及利用双水平井注热开采实验过程中电阻率的变化特性。结果发现：①电阻率总体上随着水合物的生成而升高,随着其分解而下降;②电阻率与水合物饱和度并不呈完全的线性关系,当水合物饱和度升高到一定程度时,电阻率变化减缓;③在水合物生成过程中发现水合物生成存在“爬壁效应”--水合物在多孔介质中的生成并不同步,水合物在边界区域明显多于中心区域;④在水合物开采过程中发现电阻率不仅随水合物分解的变化而变化,而且还与开采过程中的流体流动有着较大关系,所以利用电阻率作为水合物开采的特征指标时需要先排除流体流动的干扰。     

高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响

通过开展干样煤储层地质效应实验,结合数值模拟方法,研究了煤储层渗透率动态变化特征及其对煤层气井产能的影响。实验结果证明,煤储层渗透性在开发过程中呈不对称“U”型变化,初期以应力敏感性为主,随着开发进程深入,基质收缩效应逐步增强。当压力从2 MPa增加到10 MPa时,气相渗透率降低90%;应力降低后,渗透率不能恢复到原始水平。P&M渗透率模型模拟结果说明,渗透率初期减小,后期增大;压力降至临界解吸压力4.4 MPa时,渗透率降低了34%;继续降压至2.5MPa时,渗透率提高至初始水平,压力递减至0.7 MPa时,渗透率增至初始渗透率的2.8倍。同时,煤储层地质效应严重影响煤层气井产能。因此,煤层气生产应以渗透率动态变化为依据,不断进行调整和优化。     

基于页岩储层各向异性的双重介质模型和渗流模拟

页岩储层渗透性的准确预测是优化压裂手段和确定页岩气开采方案的前提。综合考虑地质条件、应力水平和解吸吸附等影响,现有的许多预测模型仍有改进提高的空间。基于双重介质理论,引入裂隙法向弹性模量和渗透率各向异性,分别推导出基质和裂隙的孔隙度和渗透率表达式,联合考虑解吸吸附和介质间质量交换的流固耦合控制方程,开展针对页岩气储层的渗流数值模拟。结果表明,储层压力沿3个主渗透系数方向并非均匀分布,开采周期内,井周水平方向的页岩气开发程度不高,各向异性程度增加明显减小页岩气井的产气速率,垂直水平渗透率的3倍差异也会导致产气速率明显减半。