天然气水合物沉积层渗透率演化机制：基于形成与降压分解过程的实验研究

针对天然气水合物开采中储层渗透率动态变化机制不清的问题，研究人员通过直接水合物形成（Method A）与降压分解（Method B）两种方法制备不同饱和度（Sh）的沉积层样本，结合Kozeny颗粒模型（KGM）揭示了渗透率随Sh和有效围压（1.5-4.5 MPa）的演化规律。研究发现降压分解样本渗透率更高，证实水合物动态对孔隙结构的不可逆影响，为开采工艺优化提供理论支撑。

　　

天然气水合物（Natural Gas Hydrate, NGH）因其清洁燃烧特性和巨大储量被视为战略能源，但商业化开采面临渗透率动态变化的技术瓶颈。现有实验多通过直接形成水合物（Method A）模拟储层，却忽视了实际开采中降压分解（Method B）引发的孔隙重构效应。这种差异导致实验室数据与现场观测存在偏差，直接影响开采效率预测。

为破解这一难题，研究人员通过两种方法制备了不同水合物饱和度（S_h）的黏土质砂沉积层样本，在1.5-4.5 MPa有效围压下系统测量渗透率，结合Kozeny颗粒模型（KGM）解析水合物生长模式。关键技术包括：1）采用非饱和法制备含不同S_h的沉积层样本；2）通过Method A（直接形成）与Method B（降压分解）对比实验；3）基于KGM的孔隙结构动态表征。

研究结果
Preparation of HBS samples
通过粒径分布和黏土矿物分析，证实砂质主导的沉积层更易形成贯通流道，而细颗粒会增加孔隙结构复杂性。

Permeability of HBS sample
渗透率随S_h和围压升高而降低：在4.5 MPa围压下，S_h=29.30%、19.66%、11.27%时渗透率分别为3.76 mD、9.44 mD、13.3 mD。Method B样本渗透率普遍高于Method A，揭示降压分解导致的水合物重分布会形成更开放的孔隙网络。

Conclusions
研究证实水合物动态生长模式对渗透率具有不可逆影响：Method B通过模拟实际开采过程，更精准复现了储层尺度渗透率行为。该发现为优化降压开采工艺提供了关键参数，尤其指出传统实验室方法可能低估储层实际渗流能力。

这项发表于《Geoenergy Science and Engineering》的研究，首次通过对比实验揭示了水合物形成与分解过程的渗透率异质性机制，为建立场-室数据关联模型奠定了实验基础。其价值在于推动NGH开采从经验性尝试向理论指导的跨越，对实现商业化开发具有里程碑意义。