国内首套天然气水合物二维开采模拟系统问世

在研制天然气水合物一维开采实验模拟系统的基础上，中国科学院广州能源研究所天然气水合物开采技术团队，成功研制出国内第一套天然气水合物二维开采实验模拟系统。     

国内首套天然气水合物二维开采模拟系统问世

在研制天然气水合物一维开采实验模拟系统的基础上，中国科学院广州能源研究所天然气水合物开采技术团队。成功研制出国内第一套天然气水合物二维开采实验模拟系统。     

天然气水合物开采三维实验模拟技术研究北大核心CSCD

调研了国内外天然气水合物开采技术研究进展,基于无量纲相似分析方法研制了三维可视天然气水合物开采模拟实验系统。以甲烷、水和石英砂为实验介质,开展了降压、注热、注剂等天然气水合物开采方法三维实验模拟分析。根据室内模拟实验和数值模拟分析结果,提出了海上天然气水合物试采的技术思路,以期为天然气水合物试采及深水工程的研究提供借鉴。     

天然气水合物开采三维实验模拟技术研究

调研了国内外天然气水合物开采技术研究进展,基于无量纲相似分析方法研制了三维可视天然气水合物开采模拟实验系统。以甲烷、水和石英砂为实验介质,开展了降压、注热、注剂等天然气水合物开采方法三维实验模拟分析。根据室内模拟实验和数值模拟分析结果,提出了海上天然气水合物试采的技术思路,以期为天然气水合物试采及深水工程的研究提供借鉴。     

中科院天然气水合物中心可燃冰开采模拟系统研制成功

2004年初成立的中国科学院天然气水合物研究中心已成功研制出了具有国际领先水平的可燃冰(天然气水合物)开采实验模拟系统。     

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天然气水合物是一种非常规的、洁净天然气资源，开采难度大。文章主要介绍了水合物实验研究设备——天然气水合物合成及微钻实验装置。该设备为科研人员在实验室内进行天然气水合物形成条件，模拟自然环境下进行天然气水合物钻采以及进行钻井工艺实验研究提供了良好的实验基础。文章介绍了设备的主要组成部分、材料选择及各部件的主要工作机理，设备可适用的实验内容等。     

天然气水合物注热开采数学模型

根据热力学第一定律及天然气水合物分解机理，在合理假设基础上，建立了包括物质守恒方程、能量守恒方程、分解动力学方程及辅助方程的天然气水合物注热开采数学模型。对数学模型进行差分处理得到差分方程组，采用隐式求解压力、显式求解饱和度（IMPES）的方法，考虑天然气水合物分解的压力、温度平衡条件，对模型进行求解，据此编制了数值模拟器。数值模拟器很好地拟合了注热开采实验的产气速率和温度分布，验证了数学模型的有效性。数值模拟及注热开采实验分析表明，天然气水合物注热开采可分为自由气释放、水合物分解及边界效应3个阶段，水合物分解存在分解前缘，注入端一侧水合物大部分已经分解，出口端一侧水合物分解较少，饱和度较高。图5表1参11     

天然气水合物一维模拟试验装置研究

为给天然气水合物的勘探开发提供技术支持,必须掌握其稳定生成、分解和开采规律,因此,设计一套天然气水合物模拟试验装置。由相似理论和相似条件,得出有关天然气水合物模拟装置的一系列技术指标。依据此技术指标,设计了天气水合物一维物理模型。该装置引入了先进的工控机和模糊控制算法,模型内温度控制精准,参数测量准确。设有可视化窗口,在试验过程中能清晰地看到水合物的生成及分解过程。试验表明:该试验装置能较好地模拟天然气水合物的稳定生成和分解过程,为勘探开发提供宝贵的分析资料。     

天然气水合物钻采一体化模拟实验系统及降压法开采初步实验

现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国南海神狐海域泥质粉砂型水合物储层,基于降压法开采思路和工艺流程,研发了一套水合物钻、采一体化模拟实验系统,主要包括主体高压装置、钻采一体化、气液供给、围压加载、回压控制、气液固分离及在线监测、温度控制、数据测控与后处理等模块;利用该系统进行了冰点附近CO_2水合物初步开采模拟实验;基于实验结果建立了数据获取及分析的基本流程,初步获得了在降压法开采CO_2水合物过程中储层的温度、压力场变化以及产气、产水规律。实验结果表明:①该实验系统可模拟实际地质条件制备接近海洋水合物储层的样品,通过电阻层析成像技术实时监测水合物成藏与分布情况;②该实验系统还可模拟钻井、降压开采工艺与过程,实时监测出砂与管道流动等过程中产气量、产水量、产砂量、温度、压力等多个物理参数的变化情况,实现试采全过程的实验模拟。结论认为:①在出口压力一定的情况下,CO_2水合物的产气、产水速率具有很大的波动性;②CO_2水合物分解过程中储层温度分布不均匀,最大的温度降幅为5℃,表明水合物分解呈现出非均一性与随机性。     

海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望

从量级尺度大幅度提高产能是实现天然气水合物（以下简称水合物）产业化开采的关键，而水合物开采能否产业化又取决于原地可采储量能否支撑产业化开采所需要的基本开采周期，以及开采产能能否达到当前产业化开采的标准。为了给水合物开发技术研究提供参考，从海域水合物增产理论与技术学科体系建设的角度，结合国内外水合物实验模拟和数值模拟研究成果，分析了潜在的水合物增产技术，提出了水合物开采增产的基本原理、评价方法及目前存在的技术瓶颈。研究结果表明：①复杂结构井、多井井网、新型开采方法、储层改造是实现天然气水合物增产的主要途径，其增产机理可归纳为扩大泄流面积、提高分解效率、改善渗流条件等三个方面；②复杂结构井和井网是提高水合物产能的根本，基于复杂结构井和井网系统辅助加热或进行储层改造，能从量级尺度提高水合物的产能；③制样技术、储层监测技术和力学场耦合技术是目前水合物增产基础研究的主要技术瓶颈，建议“十四五”期间国家水合物应用基础研究的重点应关注上述技术瓶颈。结论认为，以水平井或多分支井为代表的复杂结构井、以多井簇群井开采为代表的井网开采模式、以降压辅助热激发为主的开采新方法、以水力造缝为代表的储层改造技术的联合应用等，是实现水合物产能量级提升的关键。     

海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验

天然气水合物是继页岩气、致密气、煤层气等之后潜力巨大的接替能源,国内外天然气水合物开采技术研究和试采工程以降压法为主,均借鉴常规油气开采工艺,由于试采时间短,回避了长期开采存在的环境安全、装备安全、生产安全以及工程地质等风险。为此,由西南石油大学、中国海洋石油集团有限公司、四川宏华石油设备有限公司等单位组成的联合项目组历经多年协同攻关,提出了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采原理,发明了基于该原理的模拟实验方法和技术,研制和开发了具有完全自主知识产权的全球首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统。基于上述实验系统,开展了与海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关的天然气水合物样品快速制备、高效破碎及管道输送等物理模拟实验,验证了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关理论模型的准确性,揭示了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采过程中关键参数的变化规律。该项研究成果为全球首次海洋天然气水合物固态流化试采的成功开展奠定了重要的基础。     

天然气水合物物性分析测试技术

深入研究了天然气水合物物性分析测试技术,认为沉积物中天然气水合物物性测试没有超出石油天然气储层岩石物性分析的范畴,其测试技术主要是借用和改造在其它领域成熟应用的先进测试技术.因天然气水合物的低温、高压赋存条件的特殊性,增加了模拟环境设备与测试的复杂性.天然气水合物物性测量装置以一维小实验模型为主,且向超低温、超高压方法发展,测试方法趋于多样化.研究指出,天然气水合物模拟实验装置系统结构与性能参数的设计应在满足实验需求的前提下,更多关注实验数据的准确性、实验设备的可靠性和实验操作的便利性.     

世界首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统

天然气水合物(以下简称水合物)分别蕴藏于海洋和陆地永冻土带中,但前者的储量约为后者的100倍。海洋环境中的大部分脉状、块状水合物以及细粒沉积物中的水合物都属于非成岩天然气水合物,一般没有像常规油气藏和砂岩水合物储层那样稳定的圈闭构造。针对海洋非成岩水合物的物理特征、成藏特点,依据水合物固态流化开采法的工艺流程,建立了世界首个海洋天然气水合物固态流化开采实验室。该实验室定位于"全自动化的白领型实验室",实验系统共分为大样品快速制备及破碎、高效管输、高效分离、快速检测等模块单元。该实验室的主体功能包括:(1)高效破岩能力评级;(2)海洋天然气水合物层流化试采携岩能力评价;(3)水合物非平衡分解规律及流态动变规律评价;(4)不同机械开采速率条件下水合物安全输送;(5)井控安全规律模拟。该实验室的关键技术指标:工作压力12 MPa、水平管长度65 m、立管长度30 m、管径3英寸。该实验室能模拟1 200 m水深的全过程水合物固态流化开采工艺过程,是西南石油大学联合中国海洋石油总公司、宏华集团原始创新自主设计、自主研发的标志性实验室。     

海域天然气水合物开采方案设计及气液分离特性分析

为了解决海域天然气水合物开采效率低、水合物大面积分解和二次生成等问题，以我国南海海域某天然气水合物开采井为例，结合降压法和热激法设计一种海域天然气水合物整体开采方案，运用数值模拟方法研究螺旋式、轴流导叶式、管柱式分离装置在不同气液比下分离效率及分离特性，同时开展气液分离实验验证结果准确性。结果表明：海域天然气水合物开采采用双管柱结构方案，生产井采用泄流面积更大的水平井方案。螺旋式分离装置适用于10%的液相含量（体积分数），优选螺旋分离装置进行海域天然气水合物气液分离，螺旋式分离装置前两圈螺旋处压降较大，压降达到325 Pa。液滴直径25～100μm时分离效率均达到了100%，分离效率随圈数的增多而增大，变化范围为79.2%～91.8%。分离效率实验与数值分析结果误差为5%，验证了气液分离数值模拟分析结果的准确性。本研究可为高效安全开发海域天然气水合物提供重要技术支持。     

深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术

天然气水合物主要分布在极地和深水陆坡区,约95%储存在深水区,目前冻土和海域试采目标区为成岩天然气水合物矿体并多伴有下覆游离气,可采用降压、注热、注剂和CO_2置换等方法进行开发;储存在深水浅层的细粒裂隙型、分散型天然气水合物虽总量大,但因其埋深浅、非成岩、胶结性差,开采方法尚属空白。根据世界其他海域和我国海域天然气水合物取样进展,首次提出了深水浅层天然气水合物固态流化绿色开采技术,即将深水浅层不可控的非成岩天然气水合物藏通过海底采掘、密闭流化、气液固多相举升系统变为可控的天然气水合物资源,从而保证生产安全,减少浅层水合物分解可能带来的环境风险,达到绿色可控开采的目的。文中重点论述了该技术提出的背景、技术原理、数学分析方法及主要技术核心等,以期为深水浅层天然气水合物开采提供借鉴。     

基于ICP技术的天然气水合物开采方案

天然气水合物(NGH)矿产储量巨大,燃烧后几乎不产生任何残渣,是一种高效利用的清洁能源。为了提出天然气水合物切实可行的开采方案,对天然气水合物成藏特点进行分析,通过当前室内研究的天然气水合物开采方法比较,并考虑到真实开采过程中可能出现的地层破坏问题,在CO_2乳状液置换天然气水合物中CH_4实验和页岩油ICP开采技术的启发下,最终制订出一套具有井工厂特点的天然气水合物开采方案。研究得出:ICP技术核心工艺冷冻墙、加热井井网布置能有效克服热散失,并持续提供热量促进天然气水合物分解。CO_2乳状液置换技术能在高效产出CH_4情况下形成CO_2水合物,防止地层因为天然气水合物分解而产生的地层破坏。注采监测系统的部署能实时监控生产反应过程,可操作性强,控制精度高。     

海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望

从量级尺度大幅度提高产能是实现天然气水合物(以下简称水合物)产业化开采的关键,而水合物开采能否产业化又取决于原地可采储量能否支撑产业化开采所需要的基本开采周期,以及开采产能能否达到当前产业化开采的标准。为了给水合物开发技术研究提供参考,从海域水合物增产理论与技术学科体系建设的角度,结合国内外水合物实验模拟和数值模拟研究成果,分析了潜在的水合物增产技术,提出了水合物开采增产的基本原理、评价方法及目前存在的技术瓶颈。研究结果表明:①复杂结构井、多井井网、新型开采方法、储层改造是实现天然气水合物增产的主要途径,其增产机理可归纳为扩大泄流面积、提高分解效率、改善渗流条件等三个方面;②复杂结构井和井网是提高水合物产能的根本,基于复杂结构井和井网系统辅助加热或进行储层改造,能从量级尺度提高水合物的产能;③制样技术、储层监测技术和力学场耦合技术是目前水合物增产基础研究的主要技术瓶颈,建议"十四五"期间国家水合物应用基础研究的重点应关注上述技术瓶颈。结论认为,以水平井或多分支井为代表的复杂结构井、以多井簇群井开采为代表的井网开采模式、以降压辅助热激发为主的开采新方法、以水力造缝为代表的储层改造技术的联合应用等,是实现水合物产能量级提升的关键。     

天然气水合物二次生成及渗透率变化对降压开采的影响

在 考虑天然气水合物二次生成及渗透率变化的基础上,建立了实验室尺度下的天然气水合物降压开采数学模型。利用该数学模型,对天然气水合物降压开采过程中的水合物二次生成进行了模拟,并分析评价了水合物二次生成及渗透率变化对水合物分解产气的影响。模拟结果表明:水合物二次生成主要局限于降压产气出口附近,二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化;同时,水合物二次生成会导致产气速率大幅降低、产气持续时间延长和系统压力急剧增加,但累积产气量不受其影响。研究发现,不同于纯降压产气过程,在水合物二次生成的情形下,产气受出口压力的影响较大,而初始温度对产气的影 响较小。     

不同形式天然气水合物藏开采技术的选择研究综述

天然气水合物已越来越成为油气工业关注的热点。近年在资源领域的研究和实地勘探、试采以及模拟研究中得到较快发展。通过分析目前几种水合物开采技术的优缺点,探讨了不同天然气水合物储藏形式下的开采方式,并介绍了国外实地试采研究中几种开采技术的使用情况和国内水合物藏不同开采方式的模型模拟研究,为今后天然气水合物的开采和研究提供了一定的方向和启示。     

海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究进展

对国内外有关海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律方面的研究进行了详细调研,得到如下结论:天然气水合物的生成和分解条件在海底沉积物中与在井筒、管道中有明显不同,其主要原因是多孔介质中流体与孔隙壁面间的界面效应对海底沉积物中天然气水合物的形成条件会产生明显影响;在海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的数值模拟技术研究方面,研究者大都假设以天然气水合物作为盖层的成藏类型,借助常规油气藏数值模拟技术进行模拟研究;影响海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的因素很多,因此海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究必须借助试验模拟、数值模拟和现场测试相结合的综合方式进行。该调研成果可为今后天然气水合物经济有效开采技术方案选择和进行天然气水合物危害控制等提供参考。