南海水合物地层的孔隙水合物形成机制模拟研究

地层骨架孔隙中水合物的高质量形成是开展水合物实验研究的前提和物质基础,可为我国深水油气及水合物资源开发提供理论指导。依据南海GMGS2-07井水合物层地质条件,利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件和自主研制的水合物反应生成装置开展数值模拟和实验研究,在验证数值模拟方法准确性和可靠性的基础上,通过控制变量法分别开展不同地层导热系数和含水饱和度条件下水合物生成质量的影响研究。结果表明:(1)数值模拟与室内实验过程中,水合物形成时温度、压力与三相物质变化趋势一致且特征值十分接近,验证了数值模拟方法的准确性和可靠性。(2)导热系数越大,水合物生成越快,最终形成的水合物饱和度越大,分布也更加均匀。但导热系数与最终形成水合物的饱和度的正负相关性,存在临界边界。本次所选用的反应釜尺寸,临界边界距上、右边界距离为1.8 cm,临界边界内导热系数与水合物饱和度呈正相关性,临界边界外呈负相关性。临界边界随着反应釜尺寸的增大而增大,但临界边界位置不受地层渗透率的影响。(3)随地层含水饱和度增加,最终形成的水合物饱和度先增大后减小,峰值处含水饱和度小于初始压力条件下的理论气水比。当初始压力为7.8 MPa,含水饱和度约22.23%时,所形成的水合物饱和度最大且分布最不均匀。由此可知,选用高导热系数材料制备地层骨架、使初始含水饱和度低于气水理论比以及调整初始温压条件使之偏向相平衡曲线左方有利于形成分布均匀的高饱和水合物。研究认为深水油气含水合物固井和水合物资源钻采提供依据,为水合物商业化开采提供技术储备。