天然气水合物微观数值模拟研究取得新进展

近日，自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所天然气水合物团队在水合物微观孔隙尺度数值模拟研究方面取得了一项新进展。该研究提出了一种基于水合物反应动力学的水合物生成和渗透率计算孔隙网络模型，为水合物储层微宏观渗流机制研究提供了新的手段。该成果发表在岩土领域顶级国际期刊Computers and Geotechnics (JCR Q1区TOP期刊，IF=5.218)。

孔隙网络模拟是研究含水合物沉积物中微观流体渗流的有效手段。现有研究针对含水合物沉积物的孔隙网络模拟研究方法主要分为两种：一种是基于多次CT扫描的准静态模拟方法，这种方法不便于参数敏感性分析；另一种是包含水合物反应过程中的动态模拟方法，这种方法在模拟水合物反应过程时尚缺少完整的物理基础。本研究提出了基于反应动力学的孔隙网络模拟（KT-PNM）新思路，基于CT图像一次性获得沉积物的岩土骨架图像，随后基于水合物反应动力学原理通过模拟水合物的成核和生长过程分析沉积物中有效渗透率与水合物饱和度之间的动态响应关系。

该模型的主要优势体现在以下几个方面，一是只需要单次扫描沉积物岩土样品，降低了实验成本和数据要求；二是以水合物反应动力学为基础，所有参数具备完整的物理意义；三是以单个孔喉元素作为模拟的基础单元，提高了计算效率；四是模拟所得水合物分布结果和渗透率计算结果与物理实验结果一致性较好，预测准确度高。

该成果得到了国家自然科学基金（42006181, 42176212, 41876051）、山东省自然科学基金（ZR2020QE109）、青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东省专项经费（2021QNLM020002）的共同资助。

沉积物灰度图像

孔隙分割图像

KT-PNM模拟显示