Abstract Gas hydrate pore habits significantly impact the pore-scale structure within hydrate-bearing sediments, and thus, play a central role in the physical property evolution. Characterization and quantification of the effective pore space within hydrate-bearing sediments at different hydrate saturations have not been well offered. This study performs random simulations of hydrate nucleation and growth in quartzitic sands to understand effects of hydrate saturation and hydrate pore habits on fractal characteristics of the effective pore space. Normalized pore-size fractal dimension and normalized maximal pore diameter are characterized and found to decrease with increasing hydrate saturation. In order to predict hydrate saturation dependent pore fractal characteristics, theoretical and empirical models are proposed and further extended to give implications to hydraulic, mechanical, and electrical properties of hydrate-bearing sediments during hydrate dissociation. Implications include that hydrate dissociation facilitates the absolute permeability and the electrical conductivity, and enhances first and then reduces the saturation exponent of Archie's law; hydrate dissociation also lowers the capillary pressure, and this promotes relative permeability to gas but inhibits relative permeability to water even the water saturation remains as a constant; shear strength of unsaturated hydrate-bearing sediments drops down due to the decreasing capillary pressure as hydrate dissociation. These implications all meet with conclusions in previous literatures.

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石英砂中水合物的生长以及孔隙分形特征对含水合物沉积物水力、机械和电学性质的影响

摘要 天然气水合物孔隙习性显着影响含水合物沉积物的孔隙尺度结构，在物性演化中起着核心作用。不同水合物饱和度下含水合物沉积物中有效孔隙空间的表征和量化还没有得到很好的提供。本研究对石英砂中水合物成核和生长进行随机模拟，以了解水合物饱和度和水合物孔隙习性对有效孔隙空间分形特征的影响。归一化的孔径分形维数和归一化的最大孔径被表征并发现随着水合物饱和度的增加而减小。为了预测水合物饱和度相关的孔隙分形特征，提出并进一步扩展了理论和经验模型，以在水合物分解过程中对含水合物沉积物的水力、机械和电学特性产生影响。这意味着水合物的解离促进了绝对渗透率和电导率，并先增强然后降低了阿尔奇定律的饱和指数；水合物分解也降低了毛细管压力，这提高了对气体的相对渗透率，但抑制了对水的相对渗透率，即使水饱和度保持不变；含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解时毛细管压力降低而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。水合物分解过程中含水合物沉积物的电学性质。这意味着水合物的解离促进了绝对渗透率和电导率，并先增强然后降低了阿尔奇定律的饱和指数；水合物分解也降低了毛细管压力，这提高了对气体的相对渗透率，但抑制了对水的相对渗透率，即使水饱和度保持不变；含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解时毛细管压力降低而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。水合物分解过程中含水合物沉积物的电学性质。这意味着水合物的解离促进了绝对渗透率和电导率，并先增强然后降低了阿尔奇定律的饱和指数；水合物分解也降低了毛细管压力，这提高了对气体的相对渗透率，但抑制了对水的相对渗透率，即使水饱和度保持不变；含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解而降低毛细管压力而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。并先增强后减小阿尔奇定律的饱和指数；水合物分解也降低了毛细管压力，这提高了对气体的相对渗透率，但抑制了对水的相对渗透率，即使水饱和度保持不变；含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解而降低毛细管压力而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。并先增强后减小阿尔奇定律的饱和指数；水合物分解也降低了毛细管压力，这提高了对气体的相对渗透率，但抑制了对水的相对渗透率，即使水饱和度保持不变；含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解时毛细管压力降低而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解而降低毛细管压力而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。含不饱和水合物沉积物的剪切强度由于水合物分解时毛细管压力降低而下降。这些含义都与以往文献中的结论相吻合。