甲烷水合物沉积层渗透率实验研究与理论对比

"含甲烷水合物沉积层渗透率特性实验与理论研究 (2011年)" 这篇2011年的研究论文专注于探讨含甲烷水合物沉积层的渗透率特性，这是深水油气及海洋水合物资源勘探开发的关键科学问题。研究人员采用玻璃砂模拟了两种不同平均粒径（0.110和0.210毫米）的沉积层环境，并通过体积测量方法计算出它们的孔隙度分别为0.364和0.368。他们进一步研究了甲烷水合物在这些沉积层中的渗透率随饱和度变化的情况，并将实验结果与理论模型进行了对比。 实验结果显示，模拟的沉积层可近似视为等径球体颗粒的堆积，其渗透率与孔隙度遵循修正后的Kozeny-Carman公式。然而，当沉积层中含有甲烷水合物时，渗透率显著降低，表明水合物的存在对沉积层的渗透性能产生了显著影响。 在比较多种理论模型（如平行毛细管模型、Kozeny颗粒模型和Masuda模型）后，研究人员发现水合物占据孔隙中心的平行毛细管模型与实验数据最为吻合。这暗示在实验条件下，甲烷水合物主要是在沉积层的孔隙内部形成，而不是包裹住玻璃砂颗粒。此外，当甲烷水合物饱和度低于25%时，沉积层的渗透率与饱和度呈指数递减关系。 该研究的重要性在于为深水油气和海洋水合物资源的开采提供了更深入的理论依据，特别是在理解水合物对地质结构渗透性影响方面。由于全球约44%的海上油气资源位于深水区，而我国南海的油气和水合物资源尤其丰富，这类研究对于我国乃至全球的能源安全具有重大意义。该论文受到多项国家自然科学基金、"八六三"和"九七三"计划的资助，显示了这一领域的研究受到高度关注。