水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律

发布时间：2025-02-27 20:26

　　 选取两种不同粒径分布的天然海砂样品,在相同实验温度及压力条件下合成甲烷水合物.开展水合物降压分解X-CT微观实验,获取不同时刻的沉积物内部构成图像.对X-CT扫描图像进行阈值分割、三维重建及拓扑等效等处理,建立不同粒径含水合物沉积介质不同分解阶段的三维孔隙网络模型,研究水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律及其控制机理.研究表明,甲烷水合物微观分布非均质特征显著,分解过程开始于气-水合物接触的位置,分解初期水合物具有孔隙填充、颗粒胶结等多种赋存模式,而分解后期孔隙中主要赋存颗粒胶结型水合物.随着水合物饱和度的减小,不同粒径含水合物沉积物的平均孔喉半径、孔隙度、绝对渗透率以及两相共渗区宽度均不断增大,配位数、形状因子及束缚水饱和度逐渐减小.受水合物分解动力学行为影响,分解前期沉积物平均孔隙半径缓慢降低,水合物饱和度下降至某一临界值(小于0.1)后,平均孔隙半径和绝对渗透率急剧增大.粒径分布越窄,相同水合物饱和度下沉积物平均孔隙及孔喉半径、孔隙度和绝对渗透率越高,但不同粒径沉积介质配位数和形状因子的变化存在交叉点,表明含水合物沉积物微观孔隙结构特征受粒径分布、水合物微观赋存状态及空...

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图2(网络版彩色)实验用天然海砂的颗粒粒径分布

分别选取粒径分布范围200～600和100～800μm的天然海砂作为合成甲烷水合物的沉积介质,颗粒密度为2.73g/cm3,颗粒粒径分布如图2所示.实验用甲烷气的纯度为99.9%.由于去离子水和甲烷水合物的密度接近,为进一步扩大这两种物质对X射线吸收系数(去离子水1.0g/c....

图3(网络版彩色)含水合物沉积物CT扫描图像的阈值分割及重构流程.(a)X-CT灰度扫描图像;(b)各物质组分的灰度分布;(c)二维阈值分割结果;(d)水合物三维空间分布

为了佐证阈值分割结果的可靠性,参考Li等人[35,36]提出的实验方法,对水合物降压分解后的沉积介质进行了孔隙度和渗透率测定.粒径分布范围200～600和100～800μm沉积介质的孔隙度测量值分别为0.365和0.342,渗透率测量值分别为81.43和42.96μm2,孔隙度测....

图4(网络版彩色)水合物分解不同阶段粒径200～600μm沉积物孔隙中的甲烷水合物空间分布.(a)Sh=37.6%;(b)Sh=28.4%;(c)Sh=12.3%;(d)Sh=6.7%;(e)Sh=0.0%

图7(a)～(d)反映了水合物降压分解过程中不同粒径含水合物沉积介质孔喉拓扑性质的动态变化规律.可以看出,随着水合物的不断分解,不同粒径含水合物沉积物的平均孔喉半径逐渐增大,配位数及形状因子则不断减小.受分解动力学行为的影响,水合物分解前期,含水合物沉积物的平均孔隙半径随水合物饱....

图5(网络版彩色)粒径为200～600μm含水合物沉积物不同分解阶段的三维孔隙网络模型.(a)Sh=37.4%;(b)Sh=28.6%;(c)Sh=12.3%;(d)Sh=6.7%;(e)Sh=0.0%;(f)孔隙及喉道数

图4(网络版彩色)水合物分解不同阶段粒径200～600μm沉积物孔隙中的甲烷水合物空间分布.(a)Sh=37.6%;(b)Sh=28.4%;(c)Sh=12.3%;(d)Sh=6.7%;(e)Sh=0.0%图6(网络版彩色)粒径100～800μm含水合物沉积物不同分解阶段的三维孔....

本文编号：4034448