[发明专利]实验室尺度天然气水合物分解有效渗透率模型选择方法

说明书

本发明公开了实验室尺度天然气水合物分解有效渗透率模型选择方法。受孔隙内水合物赋存状态及饱和度控制的有效渗透率是影响水合物分解特征的关键要素。目前有多个形式和建立方法不同的有效渗透率模型，它们会在模型计算时引入误差。因此，本发明首先利用Comsol的PDE模块建立了岩心内水合物分解模拟平台。之后，将有效渗透率模型作为参数化扫描对象，计算了在使用不同渗透率模型时的产气数据与热动力学数据。并且，设定判断条件，将产气和温度演化结果与实验值依次进行比较，以得到计算结果与实验数据最为匹配的有效渗透率模型。

技术领域

本发明属于天然气水合物分解数值仿真领域，具体涉及基于ComsolMultiphysics软件的实验室尺度数值模拟天然气水合物分解特征模型的建立，并选择最优有效渗透率模型实现模型计算结果与实验测量数据匹配，以进一步分析的方法。

背景技术

天然气水合物在世界范围内的储量十分丰富，其碳含量是传统化石燃料总量的2倍以上。此外，与煤和石油等传统化石能源相比，其具有效率更高、更清洁的优点，所以天然气水合物作为一种现有传统能源的替代能源，越来越引起各个国家的关注和重视。天然气水合物的开采方法主要有降压法、热激法和抑制剂注入法，这三种方法的机理是通过改变温压条件或者改变水合物的相平衡曲线来破坏水合物的平衡状态使其分解。在这三种方法当中，降压法由于无需外来的能源、物质输入而最为经济。所以，降压开采被广泛应用于一系列开采实例中。

实验室尺度进行天然气水合物的分解实验研究，对于理解水合物分解特征具有十分重要的作用。基于实验室尺度的分析和研究，可以探明影响水合物分解的诸多因素，如多孔介质物理性质、不同诱导分解的方式等，以进一步指导水合物的商业化开采。但是，单独进行实验往往不利于分析分解过程中岩心内压力、温度等物理场的演化过程及耦合机制，以及其对于产气规律的影响，因此进行数值模拟是十分必要的。在天然气水合物分解实验室尺度建模的过程中，渗透率作为影响流体运移的关键参数对产气过程有着至关重要的影响。天然气水合物多孔介质的渗透率由地层岩石骨架与孔隙中所赋存水合物共同决定。其中，岩石骨架决定其固有渗透率，是岩石的内在属性，在建模过程中是一个重要的关键参数，可以通过实验测量来获得。相比之下，由孔隙中赋存的水合物决定的有效渗透率更为复杂，其受到水合物的孔隙赋存状态与饱和度的共同影响。且在水合物分解过程中，有效渗透率随着水合物的分解是逐渐变化的。如表1所示，在前人的研究中，已经提出了一系列的来描述天然气水合物多孔介质有效渗透率的模型，这些模型基于不同的假设，具有不同的表达形式，其中一些模型甚至含有未确定的参数。值得注意的是，其中一些模型可以与水合物的孔隙赋存状态相关联。在数值建模中不同有效渗透率模型的使用不可避免地会引起计算结果的误差与偏离。因此，分析使用不同模型计算结果与实验测量数据的差异，选择最佳的有效渗透率模型，对准确模拟分解过程中的热动力学条件演化与分解动力学是十分重要的。

表1现有有效渗透率模型汇总

发明内容

本发明要解决的技术问题是：建立实验室尺度天然气水合物分解数值模拟平台，通过测试比较不同的有效渗透率模型下计算结果之间差异，指导建模过程中最佳有效渗透率模型的选择，实现有效准确地模拟实验室尺度天然气水合物分解的热动力学条件演化规律与产气特征，以及它们之间的相互耦合作用机制。

本发明的具体内容包括：建立实验室尺度天然气水合物分解数值模拟平台，在此基础上测试比较在使用不同有效渗透率模型时数值计算结果与实验数据之间的差异，并给定判断条件指导选择能够准确描述实验特征的有效渗透率模型，整体思路如图1所示。

1.1)建立描述岩心内天然气水合物分解的数值模拟平台。构造描述天然气水合物分解的守恒控制方程：达西定律描述流体运移，反应动力学控制水合物分解，状态方程计算物性参数，根据三大守恒定律构造数学模型；利用COMSOL自带的PDE模块，分设流动、温度、反应子模块，将构造数学方程输入，构建描述天然气水合物分解的数值模拟平台，并且进行调试，达到较好的收敛效果和计算精度；