作为一种颇具潜力的能源资源，天然气水合物的有效开发引起了世界各国的广泛关注。与此同时，公众对水合物开发可能存在的环境风险也日益担忧，尤其是在开发过程中可能会发生的甲烷大规模泄露。通常认为，上覆细粒沉积物能够有效阻止甲烷泄漏的发生，既然这类沉积物的渗流能力往往较差。然而，当考虑到海洋沉积物的地质力学响应时，这种观点可能会受到质疑，既然沉积物破坏可能会为甲烷泄漏提供新的高渗通道。

近日，北京大学天然气水合物国际研究中心发表了题为《Evaluation of the sealing capacity of overlying fine-grained sediments in the process of hydrate exploitation by thermal stimulation with warm water》的文章，研究人员在广泛使用的Tough+Hydrate模拟器基础上新增了一个考虑沉积物破坏的模块。这个修改的模拟器被用来研究协同使用注热和降压法开发水合物过程中的甲烷行为。研究结果表明，在这个过程中，上覆细粒沉积物并不一定能有效封存甲烷。其直接原因是热水注入会使孔隙压力升高从而超过沉积物的临界应力和破坏沉积物，而这些破坏的沉积物会为从水合物分解释放出的流动甲烷提供新的流动通道（图1和图2）。与对照组相比，忽略沉积物破坏可能会导致这一过程中甲烷的泄漏量被大大低估图1和图2）。这一成果对于水合物藏的安全开发具有重要的指导意义。

图1 气相饱和度分布演化过程 (Case 1-3，考虑沉积物破坏；Base 1-3（对照组），不考虑沉积物破坏)

图2 溶解态甲烷浓度分布演化过程 (Case 1-3，考虑沉积物破坏；Base 1-3（对照组），不考虑沉积物破坏)

这一成果近日发表在期刊《Marine and Petroleum Geology》上，北京大学工学院博士研究生刘皓天为论文的第一作者，北京大学地球与空间科学学院卢海龙教授为论文的通信作者。

  原文连接：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2023.106421