第七届青年地学论坛

    天然气水合物（简称水合物）是由天然气和水在较高的压力和较低的温度条件下形成的一种似冰雪结晶化合物，它在自然界中广泛存在，是一种潜力巨大的替代能源，引起了国内外的广泛关注。我国南海蕴藏着丰富的水合物资源，已于2017年和2020年在南海北部“神狐”海域成功实施了两轮水合物试开采，试采产能超出预期，但是与产业化标准仍存在明显的差距。如何有效提升水合物开采效率成为国际前沿研究竞相追逐的热点问题，也是我国“十四五规划和二〇三五年远景目标建议”中需要重点攻关的任务。
    水合物开采效率很大程度上受到含水合物土体渗透性的影响，但是目前对开采过程中含水合物土体渗透性演化机理的认识仍然不够深入，究其主要原因在于缺乏有效的方法能够对含水合物土体微孔结构演化过程进行理论表征。因此，本文以多孔介质有效孔隙分形理论为指导，基于砂土孔隙中水合物聚散过程实验与数值模拟结果，量化表征了聚散过程中含水合物砂土微观孔隙结构，系统分析了水合物“量（饱和度）”与“质（赋存形态）”对微孔结构分形参数的影响规律。结果表明，含水合物砂土有效孔隙的孔径分形维数和最大直径均随着水合物饱和度的增加而逐渐减小，前者受水合物赋存形态的影响较小，而后者受水合物赋存形态的影响更大；此外，有效孔隙的迂曲度分形维数随着水合物饱和度的增加而增大。对于这些微孔结构分形参数演化规律的认识以及提出的理论模型，能够很好地指导开采过程中含水合物砂土渗流行为预测，澄清了常用渗透率经验模型关键参数的取值依据，构建的渗透率分形模型具有良好的应用效果，在支撑水合物开采工程需求的同时，也提出了含水合物土体渗流特性研究的分形新思路。

天然气水合物,分形,渗透率,孔隙结构