[发明专利]实验室尺度天然气水合物分解有效渗透率模型选择方法

权利要求书

1.实验室尺度天然气水合物分解有效渗透率模型选择方法，其特征在于，包括步骤如下：

1.1)建立描述岩心内天然气水合物分解的数值模拟平台；构造描述天然气水合物分解的守恒控制方程：达西定律描述流体运移，反应动力学控制水合物分解，状态方程计算物性参数，根据三大守恒定律构造数学模型；利用COMSOL自带的PDE模块，分设流动、温度、反应子模块，将构造数学方程输入，构建描述天然气水合物分解的数值模拟平台，并且进行调试；

1.2)基于构造的模拟平台建立物理模型，并完成网格划分和求解设置：根据岩心的尺寸，利用Comsol的几何工具，在二维轴对称坐标下，绘制几何；设置模型的初始条件，包括温度、压力、饱和度，以及边界条件包括出口端压力、边界温度；采用映射分布的方法根据实际情况剖分网格；完成求解器设置包括计算步长、计算时间；

1.3)将有效渗透率作为控制变量，采用参数化扫描计算的方法计算在不同有效渗透率模型下该模型所得的产气数据与指定测点的温度分布数据；将产气数据和温度分布数据作为比较对象和判断依据，首先将计算所得产气数据与实测值进行对比，设定条件阈值，筛选在允许误差范围内的有效渗透率模型，再设置温度差异判断条件，从而确定能够准确反映实验的有效渗透率模型。

2.根据权利要求1所述的实验室尺度天然气水合物分解有效渗透率模型选择方法，其特征在于：在步骤1.1)中，基于三大守恒定律，建立描述天然气水合物开采的数值模型；多相流体运移由达西定律控制，水合物分解速率由一阶反应动力学决定；设定压力、温度、水饱和度以及天然气水合物饱和度作为主变量；具体如下：

对于多孔介质孔隙中的各相，得以下连续性方程：

t为时间项，φ为岩心孔隙度，以a表示相，分为G,L,H三相，分别代表气相、液相和水合物相，ρ_a为密度，S_a为各相饱和度，为水合物分解过程中各相的源汇项，包括分解导致的气体、液体的产生以及水合物相的消失，u_a为气液两相的速度；

气、液两相建立组分守恒方程如下：

式中i为相中所包含的组分，即水和甲烷，c_i,a为i组分在a相中所占的浓度，表示i组分在a相中的有效扩散系数,为源汇项，表示i组分在a相中的累积或消失；

对于a相流体，其速度可以用达西定律来表示：

式中P_a为各相的压力，K_f为在水合物存在状态下的地层渗透率，K_rel,a为a相流体的相对渗透率，本模型采用的相对渗透率模型为基于Stone的三相渗透率修正模型

式中S_ira为气、液两相的参与饱和度，z为经验指数；

在孔隙中，气体和液体的压强之间相差的毛细管压力P_C由VanGenuchten方程控制：

P_C＝P_G-P_L＝P₀(S_e^-1/ε-1)^1-ε (8)

式中P₀为入口压力，ε为经验系数；以参数P为方程主变量，各相压力之间的计算关系如下：

水合物分解过程中各相的能量守恒方程如下：

式中T_a为各相温度，c_p,a为各相比热容，λ_a为各相导热系数，β_G为气相的热膨胀系数，q_a表示由水合物分解导致的各相中的热量源汇项；根据局部平衡假设，认为各相温度相等，因此设置温度参数T为能量方程的主变量；

水合物的平衡线图对应的温度-压力关系通过Kamath公式描述，平衡压力与温度的关系表达式为：

式中压力的单位为KPa，温度的单位为K；

假设水合物分解生成甲烷和水的过程中的化学反应速率遵循由Kim提出的一阶反应动力学，分解反应速率与化学反应驱动力以及反应物面积成正比；

K_d＝K_d0eXp(-E/RT) (13)式中A_hs为水合物比表面积，K_d0为一阶反应动力学常数，E为反应活化能，R为气体常数。