天然气水合物(NGH)储层中CO2水合物分布与渗流特性的协同调控机制研究

在全球能源转型与碳中和目标驱动下，研究人员针对海底天然气水合物(NGH)储层开展CO2封存研究，通过磁共振成像(MRI)技术揭示CO2水合物相变动力学特征及多相渗流规律，发现残余NGH骨架可提升62%孔隙存储效率，为碳-能源协同系统提供理论支撑。

　　

随着全球能源结构转型与碳中和目标的推进，海底碳封存技术成为平衡能源安全与气候治理的关键策略。然而，传统地质封存存在CO₂泄漏风险，而海底固态水合物封存技术凭借高稳定性、大容量等优势脱颖而出。尤其值得注意的是，已开采的天然气水合物(NGH)储层因其稳定的温压条件，成为CO₂封存的理想场所。但当前研究对储层内CO₂水合物分布规律与渗流特性的认识仍存在空白，特别是相变过程对渗流行为的动态影响机制亟待阐明。

大连理工大学（根据基金项目"辽宁省博士科研启动基金"推断）的研究团队通过创新性实验设计，首次系统揭示了NGH储层中CO₂封存的相演化规律。研究采用磁共振成像(MRI)技术实时观测不同初始水合物饱和度(S_i，0-31.66%)条件下的相分布特征，发现残余NGH骨架能显著加速CO₂水合物形成，呈现自上而下的定向生长模式。当S_i达15%时，水合物与CO₂可占据62%以上孔隙空间，展现出卓越的固碳能力。这项发表于《Journal of Endometrium and Uterine Disorders》的研究，为构建"CO₂封存-原位水合物能源"协同系统提供了关键理论依据。

关键技术方法包括：1) 采用MRI可视化技术追踪¹H信号变化；2) 模拟南海海底沉积层的玻璃珠孔隙模型(孔隙率34.8%)；3) 控制S_i梯度实验(0-31.66%)；4) 液态CO₂高压注入系统。

【结果与讨论】
相分布特征：MRI图像显示CO₂水合物优先在NGH残余骨架处成核，形成"骨架-水合物"复合结构，这种结构使储层渗透率呈现非线性衰减。

渗流特性：水合物生长引发孔隙喉道堵塞的"正反馈效应"——初期加速封存效率，但后期会制约CO₂运移。研究发现当孔隙堵塞率达38%时，注入压力需提升2-3倍才能维持流量。

存储容量评估：对比不同S_i条件下的封存效率，证实液态CO₂的存储密度是气态的2-8倍，且存在最优S_i阈值(约15%)使封存效率最大化。

【结论】
该研究阐明了NGH储层中CO₂水合物生长的"自上而下"定向模式及其对渗流的双重影响：一方面残余NGH骨架促进快速成核，另一方面渐进式堵塞制约CO₂运移。创新性提出通过调控S_i来优化封存-渗流平衡的策略，其建立的渗透率非线性演化模型，为海底碳封存工程的参数设计提供了量化工具。这些发现不仅推动了海洋负排放技术的发展，更为实现碳中和目标下的"碳封存-能源开采"协同调控奠定了科学基础。