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。     

多孔介质中甲烷水合物的微观分布对电阻率的影响

电阻率测井技术是天然气水合物储层资源量估算的重要手段,明确储层电阻率与水合物在沉积物孔隙中微观分布的关系对准确估算水合物饱和度有重要意义。使用自主研发的天然气水合物计算机断层扫描（CT）技术-电阻率测量装置,开展多孔介质中甲烷水合物生成实验,同时进行CT观测与电阻率测试,得到了反应过程中扫描图像和电阻率数据,讨论了孔隙中水合物在不同微观分布模式下电阻率与水合物饱和度的关系。结果表明：水合物饱和度低于10.50%时,水合物以接触分布模式为主,与水合物对孔隙的填充效应相比,排盐效应更加显著,电阻率随水合物饱和度增大略有下降;水合物饱和度为10.50% ~ 22.34%时,水合物为悬浮与接触共存分布模式,悬浮分布模式下的水合物对孔隙水连通截面的阻塞作用较大,电阻率随水合物饱和度的增大急剧升高;水合物饱和度为22.34% ~ 27.50%时,水合物仍然为悬浮与接触共存分布模式,在大部分孔隙已被堵塞的情况下水合物的填充作用对电阻率影响较小,电阻率随水合物饱和度增大而升高的趋势逐渐变缓。可见,电阻率响应特性在不同的水合物饱和度范围下明显不同,与水合物的微观分布有关。     

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。     

基于电-力-声多物理场耦合数值模型的含水合物多孔介质声速和衰减特性研究

在物理模拟实验中对水合物微观赋存模式和饱和度进行准确控制和评价尚存在技术困难,仅依赖实验技术研究含水合物沉积物声学特性、建立储层参数解释模型存在局限性。采用基于有限元的数字岩石物理技术,针对悬浮、接触和胶结三种典型的水合物微观赋存模式分别建立多孔介质的三维电-力-声多物理场耦合模型,考察了微观赋存模式和水合物饱和度对多孔介质声速和衰减的影响规律,对比了声速数值模拟与理论模型计算结果,建立了声波衰减参数与水合物饱和度之间的关系式。研究结果表明：（1）对于三种水合物赋存模式,由于水合物相比孔隙水具有更高的弹性模量,多孔介质的声速随着水合物饱和度的增大而增大;水合物的存在导致声波在传播过程中遇到更多不连续的声阻抗界面,声衰减随着水合物饱和度的增大而近似线性增大;（2）悬浮和接触赋存模式条件下,水合物饱和度对多孔介质的声速和衰减影响规律基本一致;对于相同的水合物饱和度,胶结模式条件下含水合物多孔介质具有更高的声速和更小的声衰减;（3）通过合理选择参数值,利用权重方程与Lee改进的Biot-Gassmann Theory（BGTL）模型估算的含悬浮和接触模式水合物多孔介质的声速较为准确;通过等效介质理论模型C计算的含胶结模式水合物多孔介质的声速更为准确。研究结果可为获取复杂条件下含水合物沉积物的声学特性提供数值建模方法,为基于声波测井数据的水合物储层精细评价提供理论支撑。     

多孔介质内甲烷水合物生成动力学研究

天然气水合物作为一种潜在的新型潜在替代能源,分布广泛、储量巨大。水合物生成动力学特性对于了解自然界天然气水合物形成规律与水合物相关技术应用具有重大意义。针对甲烷水合物生成动力学特性进行研究,设计开发了甲烷水合物生成测试系统,研究了不同温度和不同孔隙粒径的多孔介质对于水合物生成动力学的影响。结果表明,随着温度的降低以及多孔介质孔隙粒径的减小,甲烷水合物生成过程中的气体消耗速率越快,生成结束时消耗的气体的量越多。同时,利用水合物生成多步骤机制模型,获得了甲烷水合物生成过程各中间产物的变化规律。     

多孔介质中甲烷水合物的生成特性研究进展

天然气水合物是一种清洁高效的能源,常常在自然界中的海底沉积物多孔介质孔隙中生成,同时水合物在工业上还能与多孔介质材料一起作为储存及分离气体的一种方式,因此开采利用水合物以及发挥水合物工业技术的前提都跟多孔介质有莫大的关系,对多孔介质中天然气水合物生成特性的研究进行总结与分析具有非常重要的意义。本文总结分析了国内外关于不同类型多孔介质中甲烷水合物的生成过程及特性的研究文献,将多孔介质根据其孔径大小进行划分。结果显示,在微孔介质中,甲烷水合物的生成侧重于气体的存储及运输方面;在介孔介质中,甲烷水合物的生成动力学受孔径影响较大;在大孔的沉积物中,甲烷水合物的生成及分布的机理性研究仍比较缺乏。因此,需要进一步的研究来丰富甲烷水合物在多孔介质中的生成动力学理论,本文将在文献调研的基础上为今后的研究方向提出一些展望和思路。     

质子交换膜燃料电池的气体扩散层渗透率分形模型

本文提出了质子交换膜燃料电池（PEMFCs）气体扩散层（GDL）分形渗透率模型。这个模型是根据扩散层真实微观结构中的两个分形维数建立的。其中一个与毛细管流通道大小有关,另一个与通道迁曲度的描述有关。此外,气体分子的影响可以通过Adzumi方程计算。渗透率分形模型是多孔介质迁曲度分形维数、孔隙面积分形维数、孔径以及有效孔隙度的函数,模型中没有任何经验常数,可以用压汞法测量扩散层的微观结构。根据扫描电子显微镜图象,可用盒式维数法确定两个分形维数。为了检验模型的正确性,把该模型渗透率的预测数据与Toray提供的实验数据进行对比,发现该模型的渗透率预测与实验数据一致,证实了气体扩散层的分形渗透率模型的正确性。     

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。     

多孔介质金属泡沫的渗透率研究

基于真实金属泡沫内部结构的特征,建立了与真实多孔介质形态相近的十四面体模型及相对应的代表性单元体。采用分形理论得到真实多孔介质的孔隙率和渗透率,由十四面体的结构特征得到了相应的孔隙率和渗透率,根据流动一致性原理,确定十四面体模型的结构参数。通过十四面体的结构特征得到渗透率的表达式,并且将模型渗透率的计算结果和现有的实验数据进行对比,结果存在良好的一致性,说明渗透率表达式的有效性。     

含水合物沉积物的渗透率实验研究

天然气水合物储层的渗透率是影响水合物开采时气、水运移的关键,也是水合物开采潜力评价、资源评价、开采工艺选择等需要了解的关键参数.目前,国内外学者对天然气水合物储层的渗透率进行了一定的研究并有了初步认识.但是,对于围压、轴向压力、水合物饱和度、赋存模式等对水合物沉积物渗透率的影响机制和机理还不清楚.本文在自主设计的水合物...     

A fractal permeability model for bi-dispersed porous media

In this paper a fractal permeability model for bi-dispersed porous media is developed based on the fractal characteristics of pores in the media. The fractal permeability model is found to be a function of the tortuosity fractal dimension, pore area fractal dimension, sizes of particles and clusters, micro-porosity inside clusters, and the effective porosity of a medium. An analytical expression for the pore area fractal dimension is presented by approximating the unit cell by the Sierpinski-type gasket. The pore area fractal dimension and the tortuosity fractal dimension of the porous samples are determined by the box counting method. This fractal model for permeability does not contain any empirical constants. To verify the validity of the model, the predicted permeability data based on the present fractal model are compared with those of measurements. A good agreement between the fractal model prediction of permeability and experimental data is found. This verifies the validity of the present fractal permeability model for bi-dispersed porous media.     

甲烷水合物及其沉积层导热特性的研究现状

总结了近年来国内外甲烷水合物及其沉积层导热特性的研究现状,从实验测试和模拟研究两方面分析了甲烷水合物及其沉积层的导热影响因素、相关规律和导热机理。研究结果表明：纯质水合物的导热性能与外界温度、压力、客体分子数量、多孔介质、笼形结构等因素有关,其值大小主要由主体水分子形成的笼形结构决定;而水合物沉积层导热系数的大小主要依赖于实验样品的组成成分、初始水饱和度、各组分分布,与温度、压力以及垂直有效应力关系不大。最后,指出了现存研究方法中一些值得改进的地方,并对今后的研究工作进行了展望。     

Investigations on the formation kinetics of semiclathrate hydrate of methane in an aqueous solution of tetra-n-butyl ammonium bromide and sodium dodecyl sulfate in porous media

Natural gas hydrate is considered to be an attractive sustainable energy resource for the world. Hydrate as a technology can be of immense importance for various industrial processes, such as multicomponent natural gas separation, gas storage and transportation, and carbon dioxide capture from flue gases and sequestration. A variety of hydrate additives, which includes promoters (thermodynamics and kinetics) and porous media, are being researched to improve the hydrate formation kinetics. However, studies involving the combinations of these are rare in the open literature. In this work, the formation kinetics of methane hydrate/semiclathrate hydrate using tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) and sodium dodecyl sulfate (SDS) aqueous solutions at various concentrations in a porous medium containing silica sand at initial hydrate formation pressures (7.5 and 5.5 MPa) and temperatures (273.65 and 276.15 K) have been investigated. All the experiments were conducted using 75% water saturation. Various kinetics parameters, such as gas uptake, gas-to-hydrate conversion, and induction time, have been reported. It was found that the combination of TBAB+ SDS showed favorable hydrate formation kinetics in porous media than the TBAB system. This work provides information for further studies involving semiclathrate hydrate applications for various industrial processes.     

Micro-CT造影剂在多孔介质内水合物-水两相分辨中的应用评价

天然气水合物资源开采过程中涉及多孔介质内固(水合物)-液(水)-气(天然气)复杂相态转变及多相流体流动与热质传递,因此实现多相流体的相分辨是开展研究的关键问题之一。利用Micro-CT技术,以四氢呋喃水合物(THF)作为研究对象,开展了固(水合物)-液(水)两相分辨的造影剂效果评价研究。发现溶液内添加造影剂KI的分辨效果要远好于NaCl,KI的分辨效果随着质量分数的增加先增加后减小,最后处于较低值维持不变,KI质量分数为6%时分辨效果最好,可以实现多孔介质内小密度差的水与水合物相分辨及水合物分解过程相界面变化的动态可视化检测。基于此,利用阈值法可以进一步实现分解过程中水合物饱和度的定量分析,获取多相流动过程的各相流体原位和度变化数据。     

Fractal description of microstructures and properties of dynamically evolving porous media

Transport through porous media is encountered in several engineering and biological applications. The porous media can be subjected to changes in structure owing to deposition, erosion, swelling or shrinkage which, in turn, affects the transport properties of the media. A dynamic fractal model (DFM) is developed to describe the evolution in pore structure undergoing deposition using fractal dimensions and to predict the changes in the effective diffusivity in terms of the dynamic fractal dimensions. Evolving microstructures undergoing deposition are analyzed at various saturation levels to determine the effective diffusivity using the dynamic fractal model. The effective diffusivity values of the evolving porous media are compared against existing data in the literature.