不同饱和度的天然气水合物降压分解实验

天然气水合物作为一种新能源已得到世界各国的关注,降压是水合物藏的一种有效开采方式。采用自制的天然气水合物开采模拟实验装置,在多孔介质中生成不同饱和度的天然气水合物,之后进行缓慢降压开采实验。结果表明:降压开采可分为自由气产出、水合物降压分解产气和最后降压产出已分解气三个阶段。在降压分解阶段,当水合物饱和度从16%增加到48%时,平均产气速率先增加后减小,说明水合物饱和度对降压分解产气速率的影响是非线性的。降压分解时,水合物饱和度越大,温度下降幅度越大。实验研究范围内,中等饱和度(32%)的水合物藏降压分解产气速率比较大,降压开采效果较好。     

注热水盐度对水合物开采影响的实验研究

天然气水合物是目前备受关注的新型洁净优质能源,注热盐水是一种有效的开采方式。采用自制的一维天然气水合物(NGH)开采模拟实验装置,首先在填砂模型中生成初始条件相同的天然气水合物藏,之后注入盐度为2%、10%、20%的热水进行开采实验。结果表明:当注热水盐度较大(达到10%后)时,水合物快速分解,与自由气同时产出,产气速率峰值较大;而当注热水盐度较小(2%)时,自由气首先产出,然后水合物分解气体产出。注热水盐度越大,水合物分解速度越快,热前缘移动速率越大,水合物大量分解阶段的能量效率越高。因此,注热水盐度的增加可以加快天然气水合物的开采速率,增大注热开采的经济可行性。     

多孔介质中甲烷水合物不同分解方法实验研究

冻土区天然气水合物是未来能源的重要补充,然而冻土区天然气水合物的开采研究还处于初级阶段。本文利用一维水合物分解实验装置,在1.24～1.35 ℃以及2.83～2.89 MPa温度压力条件下,模拟冻土区天然气水合物降压定压分解以及注热水定压分解实验研究,分析降压分解及注热水分解过程中温度、压力、产水以及产气随时间变化特性及能量效率。研究结果表明,分解过程产气可分为自由气释放、水合物分解以及残余气体产出3个阶段,实验过程中温度先降后升,降压分解过程与注热水分解自由气产出阶段基本没有水产出,而在水合物分解阶段,产水速率与注水速率相等。注热分解过程中能量效率先升后降,注热量越大,能量效率越低。     

第一类水合物藏降压开采实验模拟

我国南海含下伏游离气的水合物储层具有实现下伏游离气和水合物分解气“两气合采”的地质条件,开采该类型水合物藏能够增加产气量,提高经济性。但目前该类型储层的开采模拟室内实验研究较少,开采规律认识不足。本文采用实验室自行搭建的三维水合物模拟装置,建立了一套含有游离气层的第一类水合物储层制备新方法,研究了水合物藏降压开采过程的产气产水特性。结果表明,采用甲烷水合物四相点以下的生产压力能有力地加快水合物分解进程,提高开采效率,当开采压力从2.95MPa降低到2.14MPa,快速产气阶段气体采收率增加10%,总开采时间缩短约38%,总采收率从73%提高到81%。当开采井井孔位于水合物层时,可能会在井孔附近出现水合物二次生成现象,从而导致开采产气速率显著降低,相比于开采井井孔位于气层,相同累积产气量的情况下生产时间延长30%左右。对比第一、三类水合物藏发现,第一类水合物藏的快速产气阶段持续20min以上,比第三类水合物藏延长一倍多,但总的气体采收率稍低。本文塑造的是气饱和的第一类水合物藏,对实际海洋水合物藏的模拟具有一定局限性,今后研究还需从实验装置尺度、分区控温方法、实验介质筛选、储层重塑稳定性等方面着手,解决储层重塑关键技术问题,为我国含下伏游离气的泥质粉砂型天然气水合物藏开采提供基础数据参考。     

热盐水分解甲烷水合物实验研究

利用一维开采模拟系统,注入NaCl水溶液,进行甲烷水合物分解过程和开采模拟研究.结果表明在NaCl水溶液的作用下,甲烷水合物降温吸热分解.气体产出过程可以分为自由气产出阶段,水合物分解阶段以及水合物分解结束后常规气藏的气体产生阶段,而NaCl的加入可以提高水合物分解阶段的产气速率.在自由气产出期间基本没有水产出,在水合物分解期间,产水速率稍高于注水速率,水合物分解结束后,产水速率等于注水速率.     

祁连山冻土区水合物多井系统降压联合热盐水增产数值模拟

基于模拟软件TOUGH+HYDRATE对祁连山冻土区水合物藏的产气行为进行数值研究,采用五点水平井降压联合热盐水注入开采水合物藏,分析了储层关键物性参数的空间演化规律和产气产水以及能量效率等的变化规律。结果表明,生产前期热盐水的注入加快了产气速率。但后期热盐水可流经储层从生产井产出,限制了抑制剂在储层中的作用范围,使得水合物主要在降压和热刺激的作用下分解,产气速率也随之降低。此外,热盐水的注入可有效避免因二次水合物和冰的生成而抑制产气的现象。     

天然气水合物降压联合井壁加热开采的数值模拟

降压法开采天然气水合物会受到储层传热的明显影响。降压联合井壁加热开采天然气水合物是将降压和热激两种方法综合使用,由此建立了天然气水合物降压联合井壁加热开采的数学模型,通过数值模拟手段对实验室尺度下的降压联合井壁加热法开采天然气水合物进行了模拟研究。模型得到了实验数据的较好验证。进一步的模拟结果表明:井壁加热能够给区域内提供热量并有效提高温度,有助于改善天然气水合物的产气,降压联合井壁加热开采方式下的产气优于纯降压开采情形。但同时由于传热方向和导热等限制,井壁加热的作用范围和对产气率的提高有限。不同井壁加热温度下的产气率变化较小,对产气率的影响几乎可以忽略。此外,联合开采方式下边界传热对天然气水合物的产气影响较大,可能影响此方法在低地热梯度环境下实际储藏的开采使用。     

水合物降压分解的实验及数值模拟

在天然气水合物一维分解模拟系统上进行模拟多孔介质中水合物降压分解的实验。在考虑天然气水合物分解动力学机理以及流体渗流模型的基础上;建立天然气水合物降压分解的数学模型。利用模型对降压实验进行拟合;获得了多孔介质内水合物分解本征速度常数数量级为10 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1;比文献中测定的纯水中水合物分解本征速度常数低3个数量级。对模型进行了参数分析;发现对于实验室规模的一维系统;分解动力学过程控制整个分解过程;而对于现场规模的水合物藏;整个开采过程受水合物藏流动特性的控制;而受水合物分解过程的影响较小。     

天然气水合物微波辅助开采模拟研究

为了提高天然气水合物开采效率及能量利用率,本文采用微波加热辅助开采,并根据南海神狐海域的水合物储层物性特征,建立了天然气水合物微波加热开采数值模型,模拟分析了不同微波加热方式下天然气水合物分解速率和能量利用率的变化情况。模拟结果表明：在使用纯微波加热开采水合物时,持续微波加热能够有效提升储层平均产气速率,而缩短微波加热时间能够有效提高能量利用率;在相同加热时间下,单循环加热的平均产气速率和能量利用率都要高于双循环加热。     

深海水合物和下伏气一体化开采层间干扰研究

南海天然气水合物常与下伏气、游离气耦合共生,实现天然气水合物和下伏气一体化开采是提高水合物开发经济效益的重要手段,但欠缺对一体化开采的层间干扰的研究。针对以上问题,结合我国南海天然气水合物储层及下伏气层物性参数,建立了水合物与下伏气耦合分布和一体化开采模型,采用数值模拟方法进行了天然气水合物与下伏气一体化开采的产能预测,得到了隔层厚度、水合物饱和度对层间干扰系数的影响,验证了水合物与下伏气一体化开采的可行性。研究结果表明：水合物与下伏气一体化开采时的层间干扰只存在于两层之间无隔层的情况下。两层之间渗透率级差越大,层间干扰越强。下伏气含气饱和度越大,对一体化开采产量的促进作用就越大,一体化开采模式效益会更加优于单采模式。水合物层含水合物饱和度越高,层间干扰程度对一体化开采模式的影响越小,一体化开采模式效益逐渐与单采模式持平,水合物饱和度高的地层与下伏气开采时采用分开开采的方式更有利于增加产量。本文为深海水合物和下伏气一体化开采产能预测与可行性分析提供了理论依据。     

Dissociation characteristics of methane hydrate using depressurization combined with thermal stimulation

Methane hydrate is considered as a potential energy source in the future due to its abundant reserves and high energy density. To investigate the influence of initial hydrate saturation, production pressure, and the temperature of thermal stimulation on gas production rate and cumulative gas production percentage, we conducted the methane hydrate dissociation experiments using depressurization, thermal stimulation and a combination of two methods in this study. It is found that when the gas production pressures are the same, the higher the hydrate initial saturation, the greater change in hydrate reservoir temperature. Therefore, it is easier to appear the phenomenon of icing and hydrate reformation when the hydrate saturation is higher. For example, the reservoir temperature dropped to below zero in depressurization process when the hydrate saturation was about 37%. However, the same phenomenon didn't appear as the saturation was about 12%. This may be due to more free gas in the reservoir with hydrate saturated of 37%. We also find that the temperature variation of reservoir can be reduced effectively by combination of depressurization and thermal stimulation method. And the average gas production rate is highest with combined method in the experiments. When the pressure of gas production is 2 MPa, compared with depressurization, the average of gas production can increase 54% when the combined method is used. The efficiency of gas production is very low when thermal stimulation was used alone. When the temperature of thermal stimulation is 11 °C, the average rate of gas production in the experiment of thermal stimulation is less than 1/3 of that in the experiment of the combined method.     

Investigation of the methane hydrate surface area during depressurization-induced dissociation in hydrate-bearing porous media

The surface area of hydrate during dissociation in porous media is essentially important for the kinetics of hydrate dissociation. In this study, the methane hydrate surface area was investigated by the comparison results of experiments and numerical simulations during hydrate decomposition in porous media. The experiments of methane hydrate depressurization-induced dissociation were performed in a 1D high pressure cell filled with glass beads, an improved and valid 1D core-scale numerical model was devel-oped to simulate gas production. Two conceptual models for hydrate dissociation surface area were pro-posed based on the morphology of hydrate in porous media, which formed the functional form of the hydrate dissociation surface area with porosity, hydrate saturation and the average radius of sand sedi-ment particles. With the establishment of numerical model for depressurization-induced hydrate disso-ciation in porous media, the cumulative gas productions were modeling and compared with the experimental data at the different hydrate saturations. The results indicated that the proposed prediction equations are valid for the hydrate dissociation surface area, and the grain-coating surface area model performs well at lower hydrate saturation for hydrate dissociation simulation, whereas at higher hydrate saturation, the hydrate dissociation simulation from the pore-filling surface area model is more reason-able. Finally, the sensitivity analysis showed that the hydrate dissociation surface area has a significant impact on the cumulative gas production.     

热盐水开采天然气水合物的热力学评价

将多孔介质中天然气水合物在热力作用下的分解过程看作一个移动边界问题,在求解等温边界条件下水合物地层中分解区和未分解区（水合物区）温度场的基础上,推导出热力法开采水合物过程中开采热效率（用于水合物分解的热量与输入热量之比）和能量效率（开采所得甲烷气体的总热值与输入能量之比）的解析表达式.在相同水合物地层条件下,对比注入热盐水（采用NaCl溶液）和热水两种开采方法,得出热盐水中盐的浓度（简称盐度）对开采热效率等的影响.计算结果表明,采用热盐水开采热效率一般在40%～70%.在开采温度300～450 K、盐度0～15%的条件下,热力法开采水合物的能量效率在7.4%～11.3%之间.     

二氧化碳置换法模拟开采天然气水合物的研究进展

目前实验室模拟开采天然气水合物(NGH)的最主要的方法为外激法,通过注热、降压等方式使水合物分解释放出甲烷(CH₄),外激法最大的问题在于水合物的分解容易造成地层结构变化,导致地质斜坡灾害。利用二氧化碳(CO₂)在水合物相中置换开采CH₄,由于置换过程发生在水合物相中,不改变水合物相结构,因此可以降低地质灾害风险。本文全面介绍了利用CO₂在水合物相从NGH中置换CH₄的研究进展,从置换可行性、动力学模型、模拟研究、实验研究等方面对当前的研究进行了综述,并为进一步发展置换法开采CH₄技术指出了方向。     

多孔介质中水合物生成与分解二维实验研究

采用电容、压力、温度测试作为监测手段,自行研制了一套天然气水合物二维开采模拟系统,可用于水合物生成与分解过程中温度场、压力场、分布状态、分解前沿推进速度等动态特性的研究。水合物生成与分解实验表明,温度是影响水合物大量生成的主要因素;重复实验会加长生成时间,往往首次实验所耗总时间最短,说明水的记忆效应并不是对于所有实验系统存在的普遍现象;实验表现出来的特殊的压力变化曲线和规律还表明晶核形成对水合物晶体的生成并非绝对重要。理论分析和实验表明,电容法在测试单相水体相变过程中是有效的,水量是影响电容量变化的关键。在水合物生成过程中,随水合物饱和度的增加、水量的不断减少,电容量总体减小趋势明显。电容测试方法在水合物实验方面有一定的可行性,尤其对于研究多孔介质中水合物生成分解过程中各相的流动特性极有意义,但是要实现在水合物研究方面的有效利用还需要大量的切实的实验验证。     

Depressurized dissociation of methane-hydrate-bearing natural cores with low permeability

Depressurization is a promising technique for producing natural gas from methane hydrate reservoirs. However, current studies focus mainly on artificial sediments with high permeability. Research on low-permeability conditions such as those of natural cores is scarce; therefore, there is little information on the natural core dissociation characteristics. This report presents the dissociation characteristics of low-permeability methane-hydrate-bearing cores. We used a natural core obtained from the eastern Nankai Trough. From dissociation experiments at the low-permeability core, we clarify differences during the depressurization process: the pressure propagated slowly, and dissociation was driven mainly by sensible heat consumption. The dissociation process was divided into four stages similar to that of the artificial core. We also compared our experimental results with those using two dissociation models for the divided dissociation stage. One of these previously proposed dissociation model were applied to a constant production pressure stage. The other model was a simple sensible heat consuming model, and it described the dissociation during the depressurization process toward constant production pressure. By comparing our experimental results with the theoretical results from the two dissociation models, it was clearly demonstrated that both models can accurately describe the experiment results of the divided dissociation stage.