CO2乳液置换开采天然气水合物研究进展

CO₂置换开采及封存的碳汇是降低我国南海水合物产业化开采成本的重要路径,不仅能保障粤港澳大湾区经济建设所需的能源供给,而且能降低大湾区过量的碳排放,与气态、液态CO₂相比,注入CO₂乳液置换效率更高。综述CO₂乳液在置换开采甲烷水合物中的应用,以及乳液的稳定性问题,讨论CO₂乳液开采南海水合物的优势及难点,并对下一步CO₂乳液法置换开采南海水合物进行分析,为未来天然气水合物开采及同步碳封存提供参考和建议。     

甲烷水合物的CO2 置换效率强化方法研究进展

总结了强化CO_2置换甲烷水合物过程的研究,包括调节外界温压、使用添加剂、改变CO_2注入形态以及结合几种天然气开采方法等方面对CO_2-CH_4置换过程的影响。研究表明:一定范围内,置换效率随温度和压力的升高而增大,其中温度较压力的影响更为显著;适当的添加剂对置换效果有促进作用;对于纯质CO_2,置换效率乳液状CO_2液态CO_2气态CO_2,混合气体(N_2和CO_2)的置换效率较纯质CO_2气体大;CO_2置换法与传统开采方法的结合也大大增加了置换效率。最后,在论述目前强化CO_2置换开采法研究现状的基础上,指出了现存研究方法的一些不足,并对今后的研究工作进行了展望。     

三轴应力下CO2置换开采天然气水合物实验研究

为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO₂置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明：在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠体系对CH₄置换效率影响较小,但对CO₂水合物合成表现出抑制作用;储层初始饱和度与CH₄置换效率之间是负相关关系且高的储层含水率更有利于CO₂封存;CH₄置换效率随着置换压应力的增长有一定幅度的提高,置换压应力的增大为CO₂水合物合成提供了高的驱动力,进而提高了CO₂封存效率。     

热激励的CO_2置换CH_4水合物的实验研究

CO_2置换CH_4水合物具有在开采天然气水合物的同时储藏CO_2的功能.天然气水合物因其可燃烧、燃烧后污染小、储量巨大等特点被认为是未来最有可能的能源替代品,但CO_2置换天然气水合物存在反应周期长、置换速率低的缺点.提出了一种借助CO_2水合物生成热量激励CH_4水合物分解的方法,在低温、高压的纯水体系中,研究了温度为275.15 K,置换压力分别为2.3、2.5、2.8、3.0 MPa时有热激励和无热激励两种置换反应的区别.研究结果表明,有热激励的置换反应,由于提供了额外的热量,使CH_4水合物更易分解,从而加速了置换反应的发生,提高了置换速率.     

天然气水合物开采技术——CO_2-CH_4置换法最新研究进展

CO2-CH4置换技术作为一种既可生产CH4又能减少CO2排放的天然气水合物开采方法,近20年来得到了广泛深入的研究。该技术的优势是:当温度低于10℃,CO2水合物较CH4水合物在热力学上更为稳定,两者的置换反应在理论上是自发的,CO2水合物的形成有助于保持气体水合物藏的地质力学稳定性。但该方法也有缺点,CH4水合物周围CO2水合物的形成限制了CH4水合物的分解,孔隙空间中形成的次生水合物会堵塞可用于气体置换的渗透性通道,因此并不是所有的CH4都能被CO2所替换。近年来业界在CO2-CH4置换技术的室内实验、数值模拟和现场试验等方面取得了一些进展。未来主要的研究方向应是全面了解不同生产策略下CO2-CH4-CH4水合物-CO2水合物-水/卤水系统的行为和储层条件;开展更多的现场规模生产项目;数值模拟中需要考虑更多的组分和相态,了解和考虑更多的过程和机理,并结合室内和现场试验结果,考虑地质特性的影响;更深入地了解CO2和N2对CH4的驱替。     

天然气水合物开采技术——C02-cH4置换法最新研究进展

C02-CH4置换技术作为-种既可生产CH4又能减少CO2排放的天然气水合物开采方法,近20年来得到了广泛深人的研究。该技术的优势是：当温度低于10℃,CO2水合物较CH4水合物在热力学上更为稳定,两者的置换反应在理论上是自发的,CO2水合物的形成有助于保持气体水合物藏的地质力学稳定性。但该方法也有缺点,CH4水合物周围CO2水合物的形成限制了CH4水合物的分解,孔隙空间中形成的次生水合物会堵塞可用于气体置换的渗透性通道．因此并不是所有的CH4都能被CO。所替换。近年来业界在CO2-CH4置换技术的室内实验、数值模拟和现场试验等方面取得了-些进展。未来主要的研究方向应是全面了解不同生产策略下CO2-CH4-CH4水合物-CO2水合物-水／卤水系统的行为和储层条件;开展更多的现场规模生产项目;数值模拟中需要考虑更多的组分和相态,了解和考虑更多的过程和机理,并结合室内和现场试验结果,考虑地质特性的影响;更深入地了解CO2和N2对CH4的驱替。     

Ar提高CO2置换CH4水合物置换率研究

为验证Ar促进CO2置换CH4水合物实验方案的可行性,在自行设计的实验台上开展了可行性实验。通过设置不同的Ar/CO2的混合比例对照实验,研究在相同置换温度、压力条件下,充入不同Ar含量对置换过程中不同时刻CH4置换量、Ar和CO2的残余量及置换率的影响规律。置换实验的压力为3.5 MPa,温度为278.15 K,置换气体分别为纯CO2、Ar和CO2的混合气（混合比为1∶〖KG-2mm〗3、1∶〖KG-2mm〗4、1∶〖KG-2mm〗9）。实验研究表明：纯CO2置换CH4的置换率仅为46%,混合比为1∶〖KG-2mm〗3、1∶〖KG-2mm〗4、1∶〖KG-2mm〗9的混合气置换率分别为21%、63%和66%,所以Ar作为小分子气体添加剂促进了CO2置换CH4水合物,提高了CH4的置换率;随着充入Ar比率的增大,不同时刻CH4的置换量及置换率均有所提高,Ar和CO2的残余量有所减少;在置换反应的初始阶段CH4的置换率增长较快,在置换反应中后期,CH4的置换率变化平缓。     

海洋天然气水合物开采的固相控制策略*

天然气水合物是一种潜在的洁净能源资源,我国南海有丰富的储量,被认为是后石油时代的重要战略资源之一,然而目前大部分的海洋天然气水合物开采都受到出砂影响。针对深水天然气水合物开采过程中易出砂的现象,通过前期的出砂实验、理论和数值模拟,提出了海洋天然气水合物开采过程中固相（砂和水合物）控制方案。总结了天然气水合物开采过程中出砂特性和防砂案例,提出大颗粒水合物对泥质粉砂具有挡砂作用,进而影响防砂设计精度。据此,根据开发角度的天然气水合物藏6类细分,提出了考虑水合物颗粒本身及其分解作用的固相控制方法。结合南海天然气水合物储层公开资料,设计出相应的固相控制精度,以期最终形成出砂/防砂/井筒携砂/水合物二次生成预防为一体的固相控制体系,为南海天然气水合物安全高效地商业开发提供参考。     

天然气水合物开采方法的应用——以Ignik Sikumi天然气水合物现场试验工程为例

天然气水合物已成为世界各国关注的焦点,对天然气水合物开采方法的研究、实践和应用是目前的重点之一.天然气水合物的开采方法主要包括注热法、降压法、注化学试剂法、气体置换法等4种以及这些方法的联用,其中注热法因能耗较大和生产层必须具有良好的孔隙度而使其成本显著提高;降压法无需消耗大量能源,因而被认为是最可行且最具经济价值的天然气水合物生产方法,这一方法可能最适合含水合物盖层以下圈闭有大量气体的矿床;注化学试剂法不是分解天然气水合物的主要方法,不适合长期或大规模使用,且成本较高;气体置换法是通过客气分子的注入来置换天然气水合物中的甲烷,使甲烷释放到孔隙流体中,在被气相包裹的水合物中,气体置换有效率可超过60％,该方法的主要制约因素是水合物储层的低渗透性.2012年5月,在美国阿拉斯加北坡完成了首个用于调查研究天然气水合物藏中CO2-CH4置换潜力的现场试验工程——Ignik Sikumi天然气水合物现场试验,成功注入约6000m3二氧化碳和氮气混合气体,累计生产气体近3× 104m3,未对储层造成压裂破坏.该试验工程为水合物领域的科学研究提供了大量的数据和新的认识,美国能源部也因此宣布了新的研究举措.     

垂直井压裂联合降压开采天然气水合物的产能数值模拟

为了探究高效的水合物开采工艺方法,建立压裂法联合降压开采水合物的基本物理模型和数学模型,应用2017年神狐海域试开采数据,验证并完善该模型计算结果的正确性。分析比较水合物储层在考虑压裂和不考虑压裂时,井中压力、水合物饱和度、分解过渡带的移动规律,研究开采井压力、裂缝长度、裂缝渗透率、裂缝孔隙度对水合物产气速率和累计产气的影响。结果显示：开采井压力越低,水合物分解速度越快,累计产气量越高;当开采井压力一定时,水合物的产气速率、累计产气量随着裂缝长度、裂缝渗透率和孔隙度的增加而增加。压裂联合降压可以提高水合物的开采效率,为今后水合物实现商业化开采提供参考。     

CH4-CO2 reforming by plasma - challenges and opportunities

CH₄-CO₂ reforming is of rapid growing interest for reasons of the continuous decrease of petroleum resources and the emphasis on the environmental situation for greenhouse gas mitigation. Plasma technology is considered to be one of potential ways for CH₄-CO₂ reforming. This paper presents an overview of CH₄-CO₂ reforming by cold plasmas and thermal plasma. The evaluations for their performances and the key factors in different plasmas are given. In particular, the attention is focused on how to achieve higher conversions at high feed-gas flow rate, so as to lessen the energy consumption in the process by plasma to meet the requirements of industrial application. To obtain the aim, three key factors, electron density, plasma temperature and reactor configuration related to the process are emphasized. Considering the current status of CH₄-CO₂ reforming by plasma, there is an opportunity to improve the energy conversion efficiency and the treatment capacity of the process by optimizing both plasma form and reactor design in future work.     

利用水合物法分离捕集二氧化碳研究进展

我国是以煤炭为主要能源的国家,面临着严峻的碳减排挑战。相对于传统气体分离技术,水合物法CO₂分离捕集技术具有环境友好、工艺简单、能耗低等特点,被认为是具有应用前景的CO₂分离捕集技术,因而被广泛研究。综合调研了国内外水合物法分离捕集CO₂的研究,从热力学、动力学、微观分析、分离工艺及分离装备、成本比较等方面对相关研究进行了系统分析及综合评价,并详细讨论了水合物平衡条件和不同类型添加剂对水合物平衡条件的影响。为进一步开发水合物法CO₂分离捕集技术的研究提供指导。     

基于水冷压缩式制冷循环的CO2水合物海水淡化实验研究

提出一种基于水冷压缩式制冷循环的CO₂水合物海水淡化方法,并进行了CO₂水合物海水淡化实验,实验选取4种不同的初始海水盐度（10‰、20‰、30‰、40‰）,控制其温度为20℃,在4种不同的充注压力（3.6 MPa、3.8 MPa、4.0 MPa、4.2 MPa）下进行实验,考察了初始海水盐度和充注压力对海水淡化效果的影响。结果表明,充注压力越高,初始海水盐度越低,水合反应预冷时间越短。在充注压力为4.2 MPa、初始海水盐度为10‰时,预冷时间最短（15.01 min）,淡化水产量最高（3 172.34 g）,淡化速率最快（211.35 g/min）,淡化水盐度最低（4.49‰）,盐去除率为5.11‰。在充注压力为4.2 MPa、初始海水盐度为30‰时,淡化水产量为2 868.66 g,淡化速率为165.63 g/min,淡化水盐度为6.49‰,盐去除率最高,为8.37‰。充注压力越高,初始海水盐度越低,则淡化水能耗越低。     

二氧化碳-氮气混合气体在微粉硅胶中生成水合物的 实验研究

空气中CO₂含量的增加导致了全球气候变暖问题。气体水合物能够有效分离出电厂尾气中的CO₂,对改善环境具有重要意义。考察了微粉硅胶（silica gel）中80mol% N₂与20mol% CO₂混合气体水合物形成特性,选取压力范围为6.0 ~ 8.0 MPa,温度范围为 -20 ~ -5℃。研究发现,N₂与CO₂混合气进入反应釜后,直接生成水合物,诱导时间小于1 min。压力越高、温度越低,生成水合物的相对气体消耗量越大,最大的相对气体消耗量为0.115 (mol/mol),水的转化率最大为77.02mol%,前30 min水合物生成速率与压力无关。水合物气体消耗量越大,反应釜中剩余N₂组分的含量越大,最大为90.95mol%。水合物生成驱动力越低,水合物中CO₂ 组分越高。在6.0 MPa、-5℃下,水合物中CO₂组分最大为65.70mol%。     

添加剂对CO_2水合物浆流动特性的影响

搭建了研究水合物浆生成、流动、传热特性的实验系统,对添加TBAB、TWEEN两种防聚剂的CO_2水合物浆与纯水系中的CO_2水合物浆进行比较,从而筛选出流动特性最好的防聚剂种类及其对应的质量分数.结果发现,添加TBAB和TWEEN后能有效阻止水合物聚集成团,提高了浆体的稳定性和均匀性.研究表明:当流速为0.2~0.4 m·s~(-1)时,浆体表现为H-B流体,呈剪切变稀特性;当流速为0.4~0.6 m·s-1时,TBAB质量分数分别为0.3%、0.9%和TWEEN质量分数为0.6%时浆体均表现为宾汉姆流体,呈剪切变浓特性,其余质量分数时浆体与低流速区相似,均表现为H-B流体,呈剪切变稀特性.提高TBAB质量分数,对改善CO_2水合物浆流动效果明显,而当TWEEN质量分数为0.6%时浆体的流动特性最好.     

羧甲基纤维素钠对CH4水合物形成过程的影响

羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是水基钻井液中的重要组分,为研究CMC-Na对天然气水合物热力学和动力学的影响,实验测量了质量浓度介于0.5%～1.5%的CMC-Na溶液中甲烷水合物的相平衡条件,以及275.2 K、6 MPa的初始条件下CMC-Na溶液中甲烷水合物的形成过程。研究结果表明,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有微弱的抑制作用,相同压力下相平衡温度降低了0.1～0.2 K。CMC-Na溶液中形成的甲烷水合物为Ⅰ型,水合物数为5.84～5.90。在CMC-Na溶液中,甲烷水合物形成所需的诱导时间大大缩短,表明CMC-Na对甲烷水合物的形成过程具有促进作用。在CMC-Na溶液中水合物生成所需气体消耗量呈阶段式增长。水合物转化率低于35%的情况下,已经生成的水合物没有对搅拌器叶片形成持续附着进而卡住搅拌器。因此,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有一定的负面影响,对水合物的形成具有一定的促进作用。另外,CMC-Na能够降低水合物生成过程中搅拌扭矩的波动,对维持搅拌的正常运行具有重要作用。     

天然气水合物储层渗透率研究进展

天然气水合物是清洁、高效、储量巨大的未来最具潜力资源之一,而储层的渗透率是影响水合物资源开采时产气效率的重要参数。目前,国内外对天然气水合物储层的渗透率进行了大量的研究并取得一定进展,本文从数值模拟、储层现场探井、实验研究等方面全面回溯,分析总结了孔隙度、饱和度、应力应变情况等对储层渗透率的影响,讨论目前储层渗透率研究存在人工合成水合物沉积物与自然储层存在差异,不同多孔介质形成的水合物沉积物应力敏感性不同,多相渗流研究不够充分,储层渗透率改造研究不足等问题,对未来的研究方向提出了展望。     

南海北部陆坡天然气水合物成藏特征研究进展分析

南海北部陆坡区域构造地质控制着气源、流体疏导体系、富集空间及储层物性特征,因此,东沙海域、神狐海域、西沙海槽和琼东南盆地的水合物成藏条件及控制因素具有明显差异性。东沙海域深部气体可沿断层、裂缝、不整合面、砂岩疏导层和气烟囱等通道向上运移,并形成天然气水合物,具有渗漏型水合物产出特征;神狐海域水合物成藏与规模巨大的泥底辟活动相关,并与布莱克海台天然气水合物产出特征具有相似性;琼东南盆地中央坳陷带内为天然气水合物发育的重点区,底辟、泥火山或麻坑构造与天然气水合物发育密切相关。