天然气水合物储层水力压裂研究进展

天然气水合物是一种广泛分布于海底地层中重要的未来战略能源,但在开采过程中,由于水合物储层介质颗粒粒径较小,孔隙多被固态水合物占据,储层渗透率低,制约着天然气水合物开采的产业化进程.当今水力压裂技术已广泛应用于低渗透油气藏的增产作业中,本文总结了近年来国内外对天然气水合物储层应用水力压裂技术的研究现状,从压裂实验、数值模...     

含水合物沉积物的渗透率实验研究

天然气水合物储层的渗透率是影响水合物开采时气、水运移的关键,也是水合物开采潜力评价、资源评价、开采工艺选择等需要了解的关键参数.目前,国内外学者对天然气水合物储层的渗透率进行了一定的研究并有了初步认识.但是,对于围压、轴向压力、水合物饱和度、赋存模式等对水合物沉积物渗透率的影响机制和机理还不清楚.本文在自主设计的水合物...     

天然气水合物开采技术研究进展

天然气水合物以其储量大、能量密度大、分布广的特点被认为是一种非常具有潜力的替代能源。勘测数据表明迄今已至少在全球116个地区发现了天然气水合物。天然气水合物广泛存在于冻土区和海底沉积物中。但目前实现实际试开采的区域仅有四处,分别位于：美国的阿拉斯加北坡地区、俄罗斯的西伯利亚玛索亚哈气田、加拿大西北部的麦肯齐三角洲及日本的南海海槽。目前主要的开采技术研究主要集中于实验室模拟阶段。美国、德国、日本、中国分别建立了自己的水合物模拟开采实验装置并且进行了相关研究。提出了不同的水合物开采方案,并且对水合物开采过程中的关键技术问题进行了研究。     

海洋天然气水合物地层钻井安全问题研究进展

由于天然气水合物的特性及海底天然气水合物地层地质环境的复杂性,在海洋天然气水合物地层进行钻井作业时会面临诸多的安全问题。目前科研工作者主要通过实地钻井项目、实验研究及数值模拟的方式对海洋天然气水合物地层钻井安全问题展开研究。本文基于对国内外海洋天然气水合物钻井安全问题研究的广泛调研,针对海洋天然气水合物地层钻井面临的主要安全问题及其最新的研究进展进行了讨论和总结。同时,分析了海洋天然气水合物地层钻井安全问题研究目前存在的问题以及未来研究的重点方向。     

天然气水合物能源利用及天然气水合物汽车

简要介绍了天然气水合物的结构及性能，地层及天然气水合物能源利用的广阔前景和存在的问题，分析和综述了水合物储存天然气的有关技术及天然气水合物汽车的研究现状。     

天然气水合物储层力学特性研究进展

自然界中的水合物一般产出于深水海底浅层未固结成岩的松散沉积物中和陆域冻土区岩石裂隙或孔隙中。水合物的分解会导致地层胶结强度、孔隙度、地质结构等发生变化,从而引发地质灾害,严重威胁水合物资源的安全开采。本文在大量调研文献的基础上,结合已有的天然气水合物制样、三轴力学测试研究现状和本构模型研究进展,系统分析影响含水合物沉积物的力学特性的主要因素和本构模型的发展趋势,梳理了获得的共识和存在的问题,提出了下一步研究方向,从而为下一步含水合物沉积物力学强度实验、本构模型开发以及储层稳定性研究等提供参考。     

墨西哥湾天然气水合物油气系统

从20世纪80年代开始,墨西哥湾的水合物研究经历了水合物发现阶段、浅表层水合物研究阶段和水合物资源勘探阶段等3个阶段,特别是2005年“联合工业计划”的实施,为这一区域的水合物研究提供了大量的地质、地球物理和地球化学等资料,使其成为目前海域水合物研究的前沿区域。本次研究采用水合物油气系统的思路和工作方法,通过资料的调研、总结和对比,详细描述并刻画了水合物稳定条件、气体组分和来源、有利沉积体类型和特征、含气流体运移通道等4个要素。研究结果表明,墨西哥湾陆坡区域温度和压力等条件非常适于水合物的形成,热成因气和生物成因气都可以作为水合物的气体来源,有利的深水沉积体（如水道、天然堤、块体流沉积体等）提供了潜在的储集类型和聚集空间,盐底辟、断层、倾斜的地层及网状裂隙等为含气流体的运移提供了有利的通道。作为一种全面和系统的研究思路和工作方法,水合物油气系统既考虑了水合物形成时的物理化学条件,又注重实际的地质背景,可以作为海域水合物成藏潜力的快速评价方法。然而,要对重点区域进行水合物矿体描述、不均匀性分布控制因素等方面的分析,开展精细的沉积学解剖和流体运移的分析,是研究的重点。因此,将“水合物识别标志”、“有利沉积体展布”和“流体运移通道”三者有机地结合在一起,是今后海域水合物资源勘探、矿体精细描述和科学评价的发展方向。     

天然气水合物资源量估算研究进展及展望

天然气水合物资源量对天然气水合物在能源和环境中的地位与作用极为重要,本文综述了40多年来世界各国学者对全球天然气水合物资源量的研究成果,将天然气水合物资源量的估算研究分为三个阶段：初始阶段（1970s ~ 1980s早期）;发展阶段（1980s ~ 2000s早期）;理性阶段（2000s ~ 目前）。研究认为：随着天然气水合物勘探开发研究程度的加深,从一个阶段到另一个阶段全球天然气水合物中甲烷量估算值至少降低了一个数量级,天然气水合物实际样品的获得使得水合物资源量估算方法日趋完善,估算参数更加接近实际地质情况,估算值更加趋于理性,目前反映全球海底天然气水合物资源量的合理范围为（1 ~ 3）× 10¹⁵ m³。     

天然气水合物

天然气水合物（GasHydrate）因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”（CombustibleIce）。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。     

天然气水合物勘探开发技术研究进展

介绍了世界天然气水合物的主要勘探、开发技术成果和进展，以及我国天然气水合物勘探技术的研究现状。     

Latest progress in numerical simulations on multiphase flow and thermodynamics in production of natural gas from gas hydrate reservoir

Natural gas hydrates are promising potential alternative energy resources. Some studies on the multiphase flow and thermodynamics have been conducted to investigate the feasibility of gas production from hydrate dissociation. The methods for natural gas production are analyzed and several models describing the dissociation process are listed and compared. Two prevailing models, one for depressurization and the other for thermal stimulation, are discussed in detail. A comprehensive numerical method considering the multiphase flow and thermodynamics of gas production from various hydratebearing reservoirs is required to better understand the dissociation process of natural gas hydrate, which would be of great benefit to its future exploration and exploitation.     

含甲烷水合物沉积物电–声响应特性联合探测：装置开发与实验研究

为了满足开展天然气水合物模拟实验、测试电学和声学特性参数以及建立特性参数与含水合物饱和度之间关系的需求,开发了一套电–声响应特性联合探测实验装置,以海沙模拟松散沉积物开展了甲烷水合物生成和分解模拟实验,联合探测了电学和声学参数,分析了被测体系的电学和声学响应特性。研究表明：（1）通过电–声响应联合探测实验装置能够同步获取宽频率范围电学阻抗谱和超声波接收信号波形;（2）通过设计电声复合传感器及其阵列式排布方式和“分时轮流”工作模式能够获取电学和声学参数的空间分布信息;（3）基于所提出的波动百分比和相关系数指标对不同频率阻抗模值进行评价所获得的100 kHz阻抗模值随含水合物饱和度的增加先减小后增大,经过有效压力校正后的超声波接收信号波动幅度值随含水合物饱和度的增加而升高;（4）上述两者分别可以作为分析和建立与含水合物饱和度之间关系的电学和声学有效特征参数。所开发的实验装置为将来开展含水合物复杂沉积物的模拟实验与测试工作提供了必要条件,所得到的电学和声学有效特征参数为含水合物饱和度计算模型的建立奠定了基础。     

含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。     

颗粒破碎对水合物沉积物基质宏-细观力学特性影响的离散元分析

基于“颗粒碎片替换法”建立反映颗粒破碎行为的含水合物沉积物基质离散元模型,与不破碎模型开展对比三轴剪切试验,证明颗粒破碎对强度和剪胀特征具有重要影响。进而应用“粒径膨胀法”提高模型对体应变和颗粒破碎程度的模拟效果,通过一系列低-高有效围压下的模拟三轴排水剪切试验,研究高应力范围及剪切过程中细观力学特征的演化。结果表明：随着有效围压逐渐增大,试样强度、刚度和平均法向接触力均增大,力链网络更加密集且由环状演变为以竖向为主,试样顶部与底部沿轴向运动的颗粒数量增加。颗粒破碎主要发生在剪切初期,力学配位数、平均法向接触力随剪切进行逐渐增大,剪切后期出现贯穿试样的强力链结构,颗粒运动逐渐从杂乱无章变为由顶、底两端向内,试样内部逐渐出现近似“X”形的剪切带。     

基于电-力-声多物理场耦合数值模型的含水合物多孔介质声速和衰减特性研究

在物理模拟实验中对水合物微观赋存模式和饱和度进行准确控制和评价尚存在技术困难,仅依赖实验技术研究含水合物沉积物声学特性、建立储层参数解释模型存在局限性。采用基于有限元的数字岩石物理技术,针对悬浮、接触和胶结三种典型的水合物微观赋存模式分别建立多孔介质的三维电-力-声多物理场耦合模型,考察了微观赋存模式和水合物饱和度对多孔介质声速和衰减的影响规律,对比了声速数值模拟与理论模型计算结果,建立了声波衰减参数与水合物饱和度之间的关系式。研究结果表明：（1）对于三种水合物赋存模式,由于水合物相比孔隙水具有更高的弹性模量,多孔介质的声速随着水合物饱和度的增大而增大;水合物的存在导致声波在传播过程中遇到更多不连续的声阻抗界面,声衰减随着水合物饱和度的增大而近似线性增大;（2）悬浮和接触赋存模式条件下,水合物饱和度对多孔介质的声速和衰减影响规律基本一致;对于相同的水合物饱和度,胶结模式条件下含水合物多孔介质具有更高的声速和更小的声衰减;（3）通过合理选择参数值,利用权重方程与Lee改进的Biot-Gassmann Theory(BGTL)模型估算的含悬浮和接触模式水合物多孔介质的声速较为准确;通过等效...     

A Large Potential Methane Source—Natural Gas Hydrates

Abstract

Natural gas, essentially methane, can be obtained from natural gas hydrate (NGH). NGH reserves are difficult to pinpoint in the subsurface, but large sources have been identified by seismic reflection. This is particularly so below the sea floor near continental shelf plates in the oceans deeper than 300 m as NGH is stable at 4°C and 50 bar pressure. When extracted, 1 m³ of NGH can contain 160 sm³ of gas. Currently, estimates of this gas resource are very uncertain, but recent estimates suggest perhaps 2,500 trillion sm³, but how much gas can actually be produced from these accumulations is totally unclear at present. NGH could possibly solve much of the energy needs after 2020, but safe ways of extraction still have to be designed. Possible methods include the injection of hot water or inhibitor or reduction of reservoir pressure, but none have yet been commercially tested. Great caution will be needed because catastrophic environmental damage is likely if the methane is carelessly released from the sediments. This article reviews the ‘state of the art’ of NGH.     

An experimental investigation into the effects of zeolites on the formation of methane hydrates

Methane hydrate is an ice‐like nonstoichiometric compound that forms when methane reacts with water at high pressures and low temperatures. It has a lot of practical applications such as separation processes, natural gas storage transportation, and carbon dioxide sequestration. Especially, the industrial use of hydrates requires large amounts of gas to be formed quickly into hydrates. Porous media significantly influence the rate of hydrate formation by reducing the chemical barrier, where zeolites are microporous minerals. This paper deals with natural and synthetic (5A and 13A) zeolites for hydrate formation and gas storage capacity. The results show that methane hydrates are formed much faster in the three zeolite solutions tested compared with their formation in distilled water at low subcooling temperatures (<7 K). It was also observed that the gas consumption was the greatest in the 0.01 wt.% zeolite 13X solution of distilled water. Its gas consumption was 5.1 times that of distilled water at 0.5 K subcooling. Zeolite 13X demonstrated its effectiveness in enhancing and expediting methane hydrate formation. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

海底天然气水合物资源的研究及开发现状

海底天然气水合物是水分子和甲烷等气体组成的固态结晶,储量大、分布广的特点使其成为一种极具吸引力的潜在新能源。在关注这一潜力巨大的新能源的同时,它在地质、环境方面的重大意义和影响也是不容忽视的。文中从分子结构、物化性质、储存及开采等不同角度介绍了天然气水合物的形成和开发现状,并进一步阐述了天然气水合物开发的前景和所面临的问题。