選取兩種不同粒徑分布的天然海砂樣品,在相同實(shí)驗(yàn)溫度及壓力條件下合成甲烷水合物.開(kāi)展水合物降壓分解X-CT微觀實(shí)驗(yàn),獲取不同時(shí)刻的沉積物內(nèi)部構(gòu)成圖像.對(duì)X-CT掃描圖像進(jìn)行閾值分割、三維重建及拓?fù)涞刃У忍幚?建立不同粒徑含水合物沉積介質(zhì)不同分解階段的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型,研究水合物降壓分解過(guò)程中沉積物孔隙結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化規(guī)律及其控制機(jī)理.研究表明,甲烷水合物微觀分布非均質(zhì)特征顯著,分解過(guò)程開(kāi)始于氣-水合物接觸的位置,分解初期水合物具有孔隙填充、顆粒膠結(jié)等多種賦存模式,而分解后期孔隙中主要賦存顆粒膠結(jié)型水合物.隨著水合物飽和度的減小,不同粒徑含水合物沉積物的平均孔喉半徑、孔隙度、絕對(duì)滲透率以及兩相共滲區(qū)寬度均不斷增大,配位數(shù)、形狀因子及束縛水飽和度逐漸減小.受水合物分解動(dòng)力學(xué)行為影響,分解前期沉積物平均孔隙半徑緩慢降低,水合物飽和度下降至某一臨界值(小于0.1)后,平均孔隙半徑和絕對(duì)滲透率急劇增大.粒徑分布越窄,相同水合物飽和度下沉積物平均孔隙及孔喉半徑、孔隙度和絕對(duì)滲透率越高,但不同粒徑沉積介質(zhì)配位數(shù)和形狀因子的變化存在交叉點(diǎn),表明含水合物沉積物微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征受粒徑分布、水合物微觀賦存狀態(tài)及空...

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圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)實(shí)驗(yàn)用天然海砂的顆粒粒徑分布

分別選取粒徑分布范圍200～600和100～800μm的天然海砂作為合成甲烷水合物的沉積介質(zhì),顆粒密度為2.73g/cm3,顆粒粒徑分布如圖2所示.實(shí)驗(yàn)用甲烷氣的純度為99.9%.由于去離子水和甲烷水合物的密度接近,為進(jìn)一步擴(kuò)大這兩種物質(zhì)對(duì)X射線吸收系數(shù)(去離子水1.0g/c....

圖3(網(wǎng)絡(luò)版彩色)含水合物沉積物CT掃描圖像的閾值分割及重構(gòu)流程.(a)X-CT灰度掃描圖像;(b)各物質(zhì)組分的灰度分布;(c)二維閾值分割結(jié)果;(d)水合物三維空間分布

為了佐證閾值分割結(jié)果的可靠性,參考Li等人[35,36]提出的實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)水合物降壓分解后的沉積介質(zhì)進(jìn)行了孔隙度和滲透率測(cè)定.粒徑分布范圍200～600和100～800μm沉積介質(zhì)的孔隙度測(cè)量值分別為0.365和0.342,滲透率測(cè)量值分別為81.43和42.96μm2,孔隙度測(cè)....

圖4(網(wǎng)絡(luò)版彩色)水合物分解不同階段粒徑200～600μm沉積物孔隙中的甲烷水合物空間分布.(a)Sh=37.6%;(b)Sh=28.4%;(c)Sh=12.3%;(d)Sh=6.7%;(e)Sh=0.0%

圖7(a)～(d)反映了水合物降壓分解過(guò)程中不同粒徑含水合物沉積介質(zhì)孔喉拓?fù)湫再|(zhì)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律.可以看出,隨著水合物的不斷分解,不同粒徑含水合物沉積物的平均孔喉半徑逐漸增大,配位數(shù)及形狀因子則不斷減小.受分解動(dòng)力學(xué)行為的影響,水合物分解前期,含水合物沉積物的平均孔隙半徑隨水合物飽....

圖5(網(wǎng)絡(luò)版彩色)粒徑為200～600μm含水合物沉積物不同分解階段的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型.(a)Sh=37.4%;(b)Sh=28.6%;(c)Sh=12.3%;(d)Sh=6.7%;(e)Sh=0.0%;(f)孔隙及喉道數(shù)

圖4(網(wǎng)絡(luò)版彩色)水合物分解不同階段粒徑200～600μm沉積物孔隙中的甲烷水合物空間分布.(a)Sh=37.6%;(b)Sh=28.4%;(c)Sh=12.3%;(d)Sh=6.7%;(e)Sh=0.0%圖6(網(wǎng)絡(luò)版彩色)粒徑100～800μm含水合物沉積物不同分解階段的三維孔....

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