天然气水合物热开采技术研究进展

对天然气水合物热开采技术的研究进展进行了综述,概括了热开采技术研究的基础实验和数值模拟,分析了天然气水合物分解动力学研究,传热、传质对分解的影响及多孔介质和水合物地层中水合物开采规律. 研究表明,热开采技术作为强化供热开采方案,可弥补常规开采效率低的缺点;对水合物分解热力学和动力学的实验研究已能满足对水合物热力分解认识的基本要求,但沉积物内的水合物热力学性能研究尚需深入;模型研究已从一维单相发展到复杂的三维多相数值模型,通过单个或多个模型的综合分析已能达到实际水合物藏开采计算的要求. 最后指出了热开采天然气水合物尚存在的问题和研究方向.     

天然气水合物的计算模拟研究进展

天然气水合物是人类21世纪最具开发前景的新能源,已成为油气工业关注的热点。近年来,相关的理论模拟研究、实地勘探、试采技术得到较快发展。研究天然气水合物的结构性质、形成和分解机制,对天然气水合物的开采、新能源技术和环境保护都有重要意义。分析不同计算模拟方法在研究水合物中的优缺点,综述了经验方法、密度泛函理论、从头算等理论方法在天然气水合物领域的模拟研究,为今后天然气水合物的研究和勘探、开采、利用提供一定的方向和启示。     

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。     

自生热体系开采天然气水合物效果评价

置换开采天然气水合物方法有避免地质灾害的优点，但其工艺复杂且置换效率低。为此，提出了一种利用自生热体系(亚硝酸钠、氯化铵、盐酸、氯化钙)反应释放的热量和氮气开采天然气水合物的方法。在已经优化的体系配方基础上，模拟天然气水合物藏低温高压(4℃、8MPa)的条件下开展自生热体系开采天然气水合物及CO₂开采天然气水合物效果对比实验，结合气相色谱分析结果计算两种方法的开采效率。结果表明：自生热体系1h内的开采效率可达59.24%，比CO₂的开采效率高32个百分点。研究成果为该体系在天然气水合物开采实验中的应用提供了依据。     

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。     

天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析

气液固三相流动是多相流体力学中非常重要和难以解决的问题之一。目前对于多相流的研究,重点还在于两相流,对三相湍流流动正在开展和进行中。在气液两相流流动的基础上,增加天然气水合物固相。分析固相的加入对流体压力、密度、体积等参数产生的影响,使天然气水合物的研究更加深入。在气液固三相流模拟中,通过改变天然气固体颗粒直径、密度来研究天然气水合物三相流体参数的变化,而三相流体参数的变化反过来又会影响天然气水合物的颗粒直径,在实际开发中难以达到的情况下,利用数值模拟可以具体反映二者的变化关系,为以后天然气水合物的开发提供了更精确的数值及合适的开采方案。     

基于FLUENT的天然气水合物温度场数值模拟

分析了天然气水合物注蒸汽开采机理,建立了注蒸汽开采天然气水合物数学物理模型,通过数值模拟,对注汽温度、作用时间两个参数进行研究,获得天然气水合物的温度场变化情况。模拟结果表明:当作用时间和注汽温度两个参数同时增加时,他们是相互促进的关系。作用时间增长有利于热量渗入天然气水合物孔隙和天然气水合物表面;注汽温度增大促进了温度场的扩展。故同时增大作用时间和温度对开采天然气水合物是有利的。     

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。     

单井热吞吐开采南海神狐海域天然气水合物数值模拟

以国土资源部广州地质调查局2007年5月在南海北部神狐海域SH7站位的钻探、测井数据为基础,建立了实际水合物藏分层地质模型,主要包括上盖层、水合物层和下盖层,其中上、下盖层均为可渗透的沉积物。本文利用单一水平开采井,进行了热吞吐法开采水合物的数值模拟。给出了选取合理的注入速度和生产速度的准则。模拟结果表明,开采过程中水合物分解区域主要集中在开采井周边区域,在注热阶段和生产阶段,地层中的水合物分别经历合成和分解两种过程,期间有明显的盐水浓缩和稀释效应。在本文条件下,利用单一水平井热吞吐法不能经济有效地开采该区域的天然气水合物,有待于利用其他更高效的水合物开采方法。     

我国非常规油气资源“可燃冰”的开采技术研究进展

分析了我国油气资源的现状,全面综述了天然气水合物的开采技术研究进展,并分析了各种开采技术及方法的利弊。二氧化碳置换开采法是一种非常有前途的天然气水合物开采方法,就需要研究二氧化碳水合物生成和甲烷水合物分解的动力学过程,揭示置换过程的内在机理。最后指出了冻土区天然气水合物开采技术存在的问题和今后的发展方向。     

天然气水合物抑制技术研究分析

在天然气开采,输送及储运过程中,生成的天然气水合物常常造成管道、阀门和设备等堵塞,影响正常的运营与生产。结合天然气水合物形成的特点,着重介绍了添加热力、动力抑制剂等控制天然气水合物的工业方法,分析各自的优缺点,并展望了未来抑制技术的研究趋势。     

促进天然气水合物形成的影响因素分析

天然气水合物(NGH)工业化生产中面临的主要问题是天然气水合物的合成速率较低。天然气水合物的生成反应为相间界面反应,任何影响气液相之间传质或传热的操作均可以增加天然气水合物的生成速率。结合影响天然气水合物形成的特点,从改善相平衡条件、增加气水接触面积和增加天然气的溶解度三方面介绍了促进天然气水合物形成的办法,并分析了各自的优缺点。     

水合物法提纯低浓度煤层气的研究进展

开发利用低浓度煤层气资源,对于缓解我国能源紧缺、消费结构不合理等问题具有重要意义。本文介绍了我国低浓度煤层气的利用现状,通过比较和分析几种煤层气提纯技术的优缺点,认为水合物法提纯技术具有很大潜力。水合物法提纯低浓度煤层气技术具有环保、安全、储气率高、原料简单等优点,同时仍需解决降低水合物生成条件、缩短水合物诱导时间、提高CH₄回收率等关键问题。重点概括了低浓度煤层气水合物热力学和动力学基本理论的发展以及水合法提纯低浓度煤层气技术的机理研究。从表面活性剂、新型耦合技术及水合反应器三个方面分别阐述了水合物法提纯低浓度煤层气技术的研究进展。最后,展望了水合物法提纯低浓度煤层气技术的工业化前景,提出了以下具体研究方向：探寻优质的添加剂组合并结合多级分离的方法对低浓度煤层气进行提纯,进一步探究水合法同其他煤层气提纯法相耦合的技术,优化反应器结构以及完善经济评价体系来促进其工业化进程。     

天然气水合物开发可能导致的风险

天然气水合物,也被称为"可燃冰",具高能量密度,燃烧污染小,分布广泛,储量大,可成为传统的化石能源代替能源。从对天然气水合物的概述入手,论述了海域天然气水合物开发对海洋石油工程,大气环境和海洋生物产生的以及潜在的影响,陆域冻土带天然气水合物开发对环境可能产生的影响,以及天然气水合物和环境的相互影响。     

机械扰动强化气体水合物快速生成研究进展

气体水合物技术在天然气固态储运、CO₂捕获与封存等领域具有广阔的应用前景。高效快速制备水合物是水合物应用技术产业化的关键技术之一。从成核机理、相平衡、传热和传质等角度简述了气体水合物快速生成机理,回顾了常见的搅拌、喷淋和鼓泡等机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性。依据强化传质传热领域内的新进展,进一步阐述了新型机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性,重点综述了流化床、超声波、超重力、撞击流等技术的研究进展。从耗气率、水合物生成速率、总能耗、气体转化率等角度分析评价了各种机械扰动强化气体水合物快速生成方法的优缺点。总体来说,目前各种机械扰动强化气体水合物生成技术仍处于实验室阶段,传统的搅拌、喷淋和鼓泡强化技术生成速率较低;新型的流化床、超声波、超重力和撞击流等技术也存在各种不同的缺点,有待进一步优化改进。同时指出探究微观成核机理、开发新型易固液分离的气体水合物生成系统以及构建水合物反应器评价体系等是未来气体水合物快速生成相关研究中需要进一步解决的问题。     

天然气水合物的防治方法综述

随着油气田开发的不断深入和深海油气田的不断发展,天然气水合物的生成对油气田开发和管道运输均有很大危害。介绍了天然气水合物的形成机理和基本过程,概述了四种抑制天然气水合物生成的方法,分为干燥法,如干空气干燥法;压力控制法,如逐级节流法;加热法,如水套炉加热法、热水管加热法、电磁加热法;注入化学抑制剂法,如热力学抑制剂法、动力学抑制剂法和几种新型抑制剂法,并分析了各自的适用范围和作用机理,提出了国内今后的水合物抑止技术的发展方向。     

A review: Enhanced recovery of natural gas hydrate reservoirs

Natural gas hydrate (NGH) is a highly efficient and clean energy, with huge reserves and widespread distribution in permafrost and marine areas. Researches all over the world are committed to developing an effective exploring technology for NGH reservoirs. In this paper, four conventional in-situ hydrate production methods, such as depressurization, thermal stimulation, inhibitor injection and CO₂ replacement, are briefly introduced. Due to the limitations of each method, there has been no significantly breakthrough in hydrate exploring technology. Inspired by the development of unconventional oil and gas fields, researchers have put forward some new hydrate production methods. We summarize the enhanced hydrate exploiting methods, such as CO₂/N₂–CH₄ replacement, CO₂/H₂–CH₄ replacement, hydraulic fracturing treatment, and solid exploration; and potential hydrate mining techniques, such as self-generating heat fluid injection, geothermal stimulation, the well pattern optimization of hydrate exploring. The importance of reservoir stimulation technology for hydrate exploitation is emphasized, and it is believed that hydrate reservoir modification technology is a key to open hydrate resources exploitation, and the major challenges in the process of hydrate exploitation are pointed out. The combination of multiple hydrate exploring technologies and their complementary advantages will be the development trend in the future so as to promote the process of hydrate industrialization.     

Application of fracturing technology to increase gas production in low-permeability hydrate reservoir:A numerical study

Low temperature and low permeability are the challenges for the development of hydrate reservoirs in perma-frost.The ice produced around the production well caused by high depressurization driving force reduces the gas production,and it is necessary to reduce the effect of ice production on gas production.In this work,a new combination of fracturing technology and depressurization method was proposed to evaluate the gas production potential at the site DK-2 in Qinghai-Tibet Plateau Permafrost.A relatively higher intrinsic permeability of the fracture zone surround the horizontal production well was created by the fracturing technology.The simulation results showed that the fracture zone reduced the blocking of production ice to production wells and promoted the propagation of production pressure.And the gas production increased by 2.1 times as the radius of the frac-ture zone increased from 0 to 4 m in 30 years.Nearly half of the hydrate reservoirs were dissociated in 30 years,and greater than 51.7％of the gas production was produced during the first 10 years.Moreover,production be-haviours were sensitive to the depressurization driving force but not to the thermal conductivity.The growth of gas production was not obvious with the intrinsic permeability of the fracture zone higher than 100 mD.The effect of ice production on gas production by fracturing technology and depressurization method was limited.     

天然气水合物开采理论及开采方法分析

天然气水合物在地球上含量巨大,是未来极具开发潜力的清洁不可再生自然资源,虽然其含量巨大令研究者感到振奋,但是目前为止任未有一套真正意义上成熟完整的天然气水合物开采理论。在前人基础上总结分析了传统的天然气水合物开采机理,并叙述了一些新型的天然气水合物开采设想。通过分析比较提出了水合物大规模开采需要采用联合开采设想。同时,也叙述了天然气水合物若开采不当,则可能带来的最严重后果——温室效应加剧。最终,提出开采前,需要结合地质勘探技术,获得开采层区域三维实景数据图,防止因意外坍塌而导致的天然气泄漏。