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天然气水合物以其储量大、分布广和能量密度高等特点,被认为是21世纪最为重要的一种潜在新型清洁能源。X射线计算机断层扫描(CT)作为一种能够直观、无损地观测沉积物样品内部三维结构的常用方法,已广泛用于含水合物沉积物的微观观测。CT扫描参数的优化是提升图像质量的关键。本文研究了基于CT图像计算Berea砂岩孔隙度的分析方法,该方法通过设置不同的参数并依据图像密度分辨率、半高宽、峰值强度、扫描时间等指标来判断CT图像的质量,确定曝光时间、电压、电流和切片数目分别为333 ms、100 kV、90μA和1500时,可得到高质量的Berea砂岩CT图像。计算所得的Berea砂岩孔隙度与传统的称重法基本相等,这为岩石孔隙度计算分析提供一种新的手段和方法。在确定CT参数的基础上,采用Berea砂岩作为沉积物,利用自主研制的反应釜进行甲烷水合物生长和分解实验,研究了其在Berea砂岩孔隙内的分布规律。结果表明:水合物形成初期(如饱和度为3.66%、16.38%)在沉积物孔隙内以悬浮模式为主,后期(如饱和度为66.39%)以接触模式为主,中期(如饱和度为40.65%)以接触与悬浮共存模式为主;水合物的升温分解过程与其生长过程分布规律正好相反;水合物降压分解初期以接触与悬浮共存模式为主,后期以悬浮模式为主,水合物分解速率更快;相对于升温过程,水合物分解过程对压力下降表现得更灵敏。在确定Berea砂岩中水合物生长与分解分布规律的基础上,模拟水合物生长与分解不同阶段的渗流情况,计算各阶段含水合物Berea砂岩的绝对渗透率。运用高分辨CT进行氙气水合物生长与分解过程微观观测,研究了其在不同粒径多孔介质孔隙内的分布规律。结果表明:在粒径1.5 mm介质中,水合物生长初期以接触模式为主;中期以接触与胶结共存模式为主;后期以胶结模式为主。与1.5 mm介质比较,500μm多孔介质中水合物生长速率更快。本文的意义在于探索了CT扫描法计算砂岩孔隙度,获得了CT扫描的优化参数;分析与讨论了沉积物孔隙中水合物生长与分解的分布规律,有助于研究天然气水合物成藏与开采机理;测量了含水合物沉积物渗透率,验证了水合物饱和度和渗透率之间的关系,对水合物开采的储层评价、产能计算以及制定工业开采方案具有参考价值。