(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210744028.0 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 中国科学院武汉岩土力学研究所 地址 430071 湖北省武汉市武昌区水果湖 街小洪山2号 (72)发明人 宋睿　吴明洋　刘建军　刘贺娟　 (74)专利代理 机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44268 专利代理师 刘芙蓉 (51)Int.Cl. G16C 20/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种天然气水合物岩芯分解和输运物性的 预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种天然气水合物岩芯分解 和输运物性的预测方法， 包括： 构建岩芯几何模 型并进行网格划分； 构建天然气水合物的分解化 学动力学模型和输运多相渗流模型； 采用C语言 分别将分解化学动力学模型和输运多相渗流模 型实现编译， 并以质量和能量源项的形式嵌入 Fluent软件； 对岩芯内天然气水合物、 水、 气三相 初始分布进行反演， 得到天然气水合物初始分布 规律； 基于天然气水合物初始分布规律， 利用 Fluent软件， 对不同开采条件下的天然气水合物 岩芯分解和输运物性进行预测。 该预测方法填补 了现有岩芯天然气水合物岩芯分解和输运预测 方法空白。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115273994 A 2022.11.01 CN 115273994 A 1.一种天然气水合物岩芯 分解和输运物性的预测方法， 其特 征在于， 包括： 构建岩芯几何模型并对所述岩芯几何模型进行网格划分； 构建天然气水合物 的分解化学动力学模型和输运多相渗流模型； 采用C语言分别将所 述分解化学动力学模型和输运多相渗流模型实现编译， 并以质量和能量源项的形式嵌入到 有限体积法软件中； 基于所述岩芯几何模型和所述有限体积法软件， 对岩芯内天然气水合物、 水、 气三相初 始分布进行反演， 得到天然气水合物初始分布规 律； 基于所述天然气水合物初始分布规律， 将需要模拟的不同开采条件下的岩芯天然气水 合物注入到所述岩芯几何模型， 利用所述有限体积法软件， 对不同开采条件下 的天然气水 合物岩芯 分解和输运物性进行 预测。 2.根据权利要求1所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 岩芯天然气水合物岩芯 分解过程遵循下式(1)： CH4·NhH2O→CH4+NhH2O    (1) 其中， 生成的气体遵循Pen g‑Robinson方程， 岩 芯天然气水合物的岩 芯分解速率遵循非 线性Arrhenius化学动力学模型如式(2)： 其中， 其中 是本征常数， ΔE是活化能， R是通用气体常数， feh是平衡压强， fg是甲烷压 强， Ad是水合物的反应表面积。 3.根据权利要求2所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 所述岩芯天然气水合物岩芯分解后遵循N ‑S基本方程组， 所述N ‑S基本方程组包括： 质量守 恒方程、 动量守恒方程和能量守恒控制方程。 4.根据权利要求3所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 所述质量守恒方程如式(3)、 所述动量守恒方程如式(4)、 所述能量守恒控制方程如式(5)所 示 其中， Pk为由于水合物分解反应导致的动量源项， 依据所述式(1)和所述式(2)计算得 到； Qh为水合物分解所吸 收的热量。 5.根据权利要求1所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 所述构建岩芯几何模型并进行网格划分的步骤， 具体包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115273994 A 2以室内实验采用的天然气水合物岩芯尺寸及实验条件为基准， 结合ICEM建模软件， 构 建岩芯几何模型并对所述岩芯几何模型进行网格划分； 参照室内实验岩芯进出口及侧面温度和压力条件， 设置所述岩芯几何模型相应的边界 条件。 6.根据权利要求5所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 所述基于所述岩芯几何模型和所述有限体积法软件， 对岩芯内天然气水合物、 水、 气三相初 始分布进行反演， 得到天然气水合物初始分布规 律的步骤， 具体包括： 采用室内实验用岩芯的基本孔渗、 密度、 热力学基础参数， 依据不同的室内岩芯天然气 水合物合成方法的相应流程， 依次向岩芯几何模型内注入与室内实验相同量的水和甲烷气 体， 模拟岩芯天然气水合物合成实验的降温过程； 采用adaptive时间步长模拟天然气水合物生成过程， 直至总时长达到室内实验岩芯天 然气水合物合成时长； 反演得到室内合成实验得到的天然气水合物、 残余水及气体的分布 规律。 7.根据权利要求4所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 所述Qh由式(6)计算得到： 其中， Hd为岩芯天然气水合物岩芯分解反应的潜热； 采用C语言将所述式(2)和式(6)实 现编译， 并分别以质量和能量源项的形式嵌入有限体积法软件。 8.根据权利要求1所述的天然气水合物岩芯分解和输运物性的预测方法， 其特征在于， 所述基于所述天然气水合物初始分布规律， 将需要模拟的不同开采条件下的岩芯天然气水 合物注入到所述岩芯几何模型， 利用所述有限体积法软件， 对不同开采条件下 的天然气水 合物岩芯 分解和输运物性进行 预测的步骤， 具体包括： 基于所述天然气水合物初始分布规律， 依据不同的天然气水合物开采模拟实验， 调整 所述岩心几何模型的岩芯边界压力、 温度条件以模拟天然气水合物降压或注热开采过程； 设立不同的温度、 压力监测面或监测点， 实时获取岩芯内部天然气水合物、 气、 水三相 饱和度分布规 律、 温度、 压力及流体速度场分布； 对岩芯尺度天然气水合物分解和输运过程中的化学反应、 相变以及多相渗流的多孔介 质传热传质机制进行 预测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115273994 A 3