降压法和热激法是诱导天然气水合物发生相变产出甲烷气的主要方法。相变过程中含水合物沉积物内多相流体流动特性与常规油气相比更加复杂。渗流能力作为模拟降压或热激开发过程的必要参数，能否对其进行有效表征是制定和优化开发方案的重要基础。现阶段，能够有效反映储层渗流能力强弱的渗透率模型大多是通过开展水合物形态演化的数值模拟得到的，均未考虑不同相变路径诱导水合物分解的情况。

针对上述科学问题，我校能源学院博士研究生边航在导师罗万静教授、周英芳副教授的指导下，中国地质调查局和中国石油大学（华东）科研团队开展联合攻关，基于微焦点计算机断层扫描(micro-CT)技术，开展了不同分解路径下水合物赋存形态及渗流特性演化研究。该研究的主要贡献体现在如下几个方面：

1. 降压过程中优先分解的水合物可以进一步促进周围水合物的分解；而热激过程中优先分解的水合物会暂时阻碍周围水合物的分解，进而导致更复杂的分解前沿。与降压方法相比，热刺激方法会更加促进水合物团簇分裂进而加速分解。

2. 尽管降压过程中出现的分解延迟区会导致多孔空间的非均质性增强，单一模型对整个分解过程中渗透率演化的描述依然很精准。热激过程中产生的二次水合物所引起的非均质性更强，导致归一化渗透率显著下降，同时单一模型无法准确描述热激过程中渗透率的演变。

3. 降压过程中两相流的流动能力在早期阶段（状态I）最佳。从中期开始，应进行储层改造以提高天然气和水的总流量。在热刺激过程中，尽管两相流区域越来越宽，但早期二次水合物的大量积累导致绝对渗透率较低，从而抑制热激性能。因此应适当延长关井期或定期补充热量，以削弱二次水合物的影响。此外，在降压后期可以采用热补给辅助开采，作为优化开发的一种组合方法。

图1 实验系统，包括微焦点CT和水合物相变实验设备

图2 降压分解过程中（a）归一化水合物饱和度与深度的关系；（b）三维显微CT图像的纵向轴向截面；（c）相位分割图像

图3 热刺激分解过程中（a）归一化水合物饱和度与深度的关系；（b）三维显微CT图像的纵向轴向截面；（c）相位分割图像

图4 归一化渗透率k_N与水合物饱和度S_h：数据、理论模型和最佳拟合经验模型的比较

图5 降压和热刺激分解过程中几种典型状态下的气-水相对渗透率

该研究受到多项国家自然科学基金（51991363，51991365及U2244223和中国地质调查项目（DD20211350）的资助。成果发表于石油工程领域国际权威期刊《SPE Journal》上： Hang Bian, Xuwen Qin, Zhiyuan Wang, Wanjing Luo#, Cheng Lu, Yingfang Zhou#. Pore scale investigation of decomposition methods dependent fluid flow properties in hydrate-bearing sediments[J]. SPE Journal, 2023.[IF=3.6]

全文链接：https://doi.org/10.2118/217453-PA.