一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法及系统技术方案

本发明专利技术公布了一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法及系统，通过添加孔隙水合物几何特征表征数组参数到模型的几何类中，在孔隙网络模型计算方法中添加孔隙填充型水合物模型，并建立此状态下的渗透性传导方程，计算得到含天然气水合物的渗透率。系统包括：孔隙网络模型建立模块；孔隙填充型水合物模型添加模块；渗透性传导方程建立模块；渗透率计算模块；可在孔隙网络模型开源计算工具OpenPNM的基础上进行二次开发而制成。本发明专利技术可计算孔隙网络模型中含有水合物且水合物并没有完全堵塞孔喉时的渗透率，并提供了多种水合物存在位置的选择，解决含水合物沉积物渗透率随水合物饱和度变化而变化的问题。

A Method and System for Obtaining Permeability of Sediments Containing Natural Gas Hydrate

【技术实现步骤摘要】
一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法及系统
本专利技术属于水合物储层成藏和开发
，涉及水合物沉积物渗透率的求取方法，具体涉及一种基于孔隙网络模型数值模拟算法获取含天然气水合物沉积物渗透率的方法及系统。
技术介绍
天然气水合物是水分子以氢键连接包络小气体分子形成的一类笼形化合物[SloanED,KohCA.Clathratehydratesofnaturalgas[M].ThirdEditioned.BocaRaton:CRCPress,2007]，当气体组分为甲烷为主的天然气时，因其可燃也称“可燃冰”。由于它储量大，是一种很有前景的能源，因此在过去的几十年里，主要的能源消耗国在水合物勘查和开发技术研究上投入巨大[LiJF,YeJL,QinXW,etal.ThefirstoffshorenaturalgashydrateproductiontestinSouthChinaSea[J].ChinaGeology,2018,1(1):5–16.]，开发过程中，水合物沉积物的物理性质，包括渗透率，孔隙度，饱和度，是建立适当生产策略的先决条件[WaiteWF,SantamarinaJC,CortesDD,etal.Physicalpropertiesofhydrate-bearingsediments[J].ReviewsofGeophysics,2009,47(4):465–84.]。在上述性质中，含水合物沉积物的渗透性是研究生产过程中水和气体行为的关键参数[KonnoY,YonedaJ,EgawaK,etal.Permeabilityofsedimentcoresfrommethanehydratedepositintheeasternnankaitrough[J].MarineandPetroleumGeology,2015,66:487–95.]。水合物在沉积物孔隙中形成时占据了孔隙与喉道空间，降低了沉积物的渗透率；水合物分解时，孔隙空间得以释放使沉积物的渗透性增加。因此，含水合物储层的渗透率会随水合物饱和度(沉积物孔隙中水合物体积占沉积物孔隙总体积的比)变化，准确预测含水合物沉积物渗透率变化是水合物成功开发的关键因素。由于开展水合物热力学稳定域条件下的室内实验较为困难，因此数值模拟是水合物产生与分解对沉积物渗透性影响较为可行的研究方法。现有技术中，文献[1](BluntMJ.Flowinporousmedia–pore-networkmodelsandmultiphaseflow[J].CurrentOpinioninColloid&InterfaceScience,2001,6(3):197–207.)记载的孔隙网络模型(PoreNetworkModel,PNM)是一种成熟的多孔介质多相流渗透性模拟方法，也广泛应用于水合物饱和度与渗透率性质的数值模拟研究中，文献[2](DaiS,SeolY.Waterpermeabilityinhydrate-bearingsediments:Apore-scalestudy[J].GeophysicalResearchLetters,2014,41(12):4176–84.)、文献[3](JangJ,SantamarinaJC.Recoverablegasfromhydrate-bearingsediments:Porenetworkmodelsimulationandmacroscaleanalyses[J].JournalofGeophysicalResearch:SolidEarth,2011,116(B8))、文献[4](MahabadiN,JangJ.Relativewaterandgaspermeabilityforgasproductionfromhydrate-bearingsediments[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2014,15(6):2346–53.)、文献[5](MahabadiN,DaiS,SeolY,etal.Thewaterretentioncurveandrelativepermeabilityforgasproductionfromhydrate-bearingsediments:Pore–networkmodelsimulation[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2016,17(8):3099–110.)均有记载孔隙网络模型的相关应用。目前应用PNM进行水合物饱和度-渗透率关系的数值模拟研究中，均假设水合物一旦形成即完全堵塞该孔隙(孔隙仅存在完全不含水合物与被水合物完全堵死两种状态)，通过被堵死的孔隙数量逐渐增多来模拟饱和度增加的状况。然而，水合物在孔隙中生长的实际过程是一个渐进过程(水合物逐渐堵塞孔隙)，现有方法在模拟过程中难以体现该渐进过程，难以准确描述水合物在孔隙中的合成和分解。因此，现有技术应用于水合物饱和度与渗透率的数值模拟，准确性较低，难以解决解决含水合物沉积物渗透率随水合物饱和度变化而变化的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法及系统，通过在孔隙网络模型计算方法中添加孔隙填充型水合物模型，并给出孔隙被水合物充填下的渗透性传导方程，可以计算含天然气水合物的渗透率，用以解决含水合物沉积物渗透率随水合物饱和度变化而变化的问题。为了便于说明，本文约定：水合物饱和度：沉积物孔隙中水合物体积占沉积物孔隙总体积的比，无量纲。水合物：天然气水合物的简称。是水分子以氢键连接包络小气体分子形成的一类笼形化合物，当气体组分为甲烷为主的天然气时，因其可燃也称“可燃冰”。孔隙空间：沉积物中的非固体部分。孔隙：孔隙空间中较大的独立空间。喉道：孔隙空间中连接两个孔隙的细窄部分。节点：孔隙的几何中心点。导管：孔隙相邻两个节点之间的联通部分，包括：左边节点半孔隙、两节点间喉道、右边节点半孔隙。孔隙网络模型法(PNM)计算沉积物渗透率的步骤如下：1、建立孔隙网络几何模型。2、计算网络模型中孔隙和喉道的渗透性传导率。3、网络模型的所有节点体积守恒。4、对进出口压力进行赋值。5、计算每个节点的压力。6、计算入口流量和出口流量。7、应用达西(Darcy)定律计算渗透率。本专利技术在孔隙网络模型法基础上，通过在建立孔隙网络几何模型中添加孔隙水合物模型，并给出含水合物情况下孔隙网络模型中孔隙和喉道的渗透性传导率计算方法，从而使孔隙网络模型法适用于含水合物沉积物的渗透率计算。本专利技术实现过程中，孔隙网络模型法采用孔隙网络模型开源计算工具—OpenPNM作为底层，在其基础上进行二次开发。本专利技术提供的技术方案如下：(一)一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法，在沉积物的孔隙被含天然气水合物充填状态下，通过在已经建立完成的孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型，并建立该状态下的渗透性传导方程，计算获得含天然气水合物孔隙网络模型的渗透率；包括如下步骤：A.建立孔隙网络模型，在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型；建立的孔隙网络模型中的节点代表沉积物中孔隙的中心点；孔隙网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法，在沉积物的孔隙被含天然气水合物充填状态下，建立孔隙网络模型，并在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型，建立该状态下的渗透性传导方程，再计算获得含天然气水合物孔隙网络模型的渗透率；包括如下步骤：A.建立孔隙网络模型，在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型；包括：A1.建立的孔隙网络模型中的节点代表沉积物中孔隙的中心点；孔隙网络模型中的导管代表沉积物中相邻两个孔隙中心点之间的联通部分；导管包括：相邻两个孔隙节点中左节点半孔隙、两节点间喉道、右节点半孔隙；A2.在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型，即添加孔隙水合物几何特征表征数组参数到模型的几何类中；A21.添加的孔隙水合物几何特征表征数组参数包括：水合物生成在孔隙中心的直径数组hi、水合物生成在孔隙表面厚度数组hp、水合物生成在喉道表面的厚度数组ht；A22.设孔隙网络模型中的孔隙直径数组为D，喉道长度数组为L，喉道直径数组为T；当水合物生长在孔隙表面时，孔隙直径数组为：D‑hp；当水合物生长在喉道表面时，喉道直径记为数组T‑ht；B.建立渗透性传导方程，采用孔隙中含有水合物情况下的节点间渗透性计算方法，计算获得含天然气水合物孔隙网络模型的渗透率；执行如下操作：B1.对于生成在孔隙中心的水合物，将节点间导管分为5段，包括圆柱形和环柱状；用渗透率gloop表示某段为环柱状的环形截面的渗透性，通过式1计算得到：...

【技术特征摘要】
1.一种含天然气水合物沉积物渗透率的获取方法，在沉积物的孔隙被含天然气水合物充填状态下，建立孔隙网络模型，并在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型，建立该状态下的渗透性传导方程，再计算获得含天然气水合物孔隙网络模型的渗透率；包括如下步骤：A.建立孔隙网络模型，在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型；包括：A1.建立的孔隙网络模型中的节点代表沉积物中孔隙的中心点；孔隙网络模型中的导管代表沉积物中相邻两个孔隙中心点之间的联通部分；导管包括：相邻两个孔隙节点中左节点半孔隙、两节点间喉道、右节点半孔隙；A2.在孔隙网络模型的孔喉空间中添加孔隙填充型水合物模型，即添加孔隙水合物几何特征表征数组参数到模型的几何类中；A21.添加的孔隙水合物几何特征表征数组参数包括：水合物生成在孔隙中心的直径数组hi、水合物生成在孔隙表面厚度数组hp、水合物生成在喉道表面的厚度数组ht；A22.设孔隙网络模型中的孔隙直径数组为D，喉道长度数组为L，喉道直径数组为T；当水合物生长在孔隙表面时，孔隙直径数组为：D-hp；当水合物生长在喉道表面时，喉道直径记为数组T-ht；B.建立渗透性传导方程，采用孔隙中含有水合物情况下的节点间渗透性计算方法，计算获得含天然气水合物孔隙网络模型的渗透率；执行如下操作：B1.对于生成在孔隙中心的水合物，将节点间导管分为5段，包括圆柱形和环柱状；用渗透率gloop表示某段为环柱状的环形截面的渗透性，通过式1计算得到：式1中，D为环形截面外直径即孔隙直径；hi为环形截面内直径即水合物直径；L为本段长度；μ为孔隙流体黏度；用渗透率gc表示圆柱形截面渗透性，通过式2计算得到：节点间导管的渗透性g表示为式3：B2.对于生成在孔隙和喉道表面的水合物，孔隙直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，卢海龙，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11