利用地热开采海底天然气水合物

天然气水合物在资源、环境和全球气候变化中具有重要意义，因而引起各国的高度重视，已成为当代地球科学和能源工业研究的一大热点。近年来，能源短缺日益严重，油气价格居高不下，使得很多国家都更加关注具有能量密度高、储量大和分布广等特点的天然气水合物，纷纷加大天然气水合物勘探和开发研究的力度。海域中发现的水合物数量占绝大多数，因此开采海底天然气水合物是未来研究的重心。现有的多种天然气水合物开采方案，如热激法、减压法、化学抑制剂法、置换法和混合开采法等，都不同程度地存在一些问题。文章在对这些开采方法优缺点进行分析的基础上，提出了利用干岩地热开采海底天然气水合物的设想，并给出了相应的简单生产模型。只要解决好漏失、循环通道和换热面等人工地热储构建问题，利用地热开采海底天然气水合物将是未来商业生产的一个不错选择。     

天然气水合物形成机理与开采方式

天然气水合物是蕴藏于海洋大陆架及陆地永久冰土带的碳氢化合物,将来可能成为人类的重要能源之一。为此,阐述了天然气水合物的分布和形成机理,对比研究了天然气水合物的降压法、热采法、化学试剂法、水力压裂法等几种不同的开采方式,提出了尽快开展室外天然气水合物钻采方法研究以及我国南海和东海海区天然气水合物勘查研究工作的建议。     

关于天然气水合物钻采工艺技术进展的研究

目前全球正面临着前所未有的能源危机，天然气水合物由于储量大、能量密度高而将成为一种诱人的新型能源。天然气水合物主要存在于冻土带和海洋，在地下处于低温和高压状态，以现有的技术，钻井和开采都存在很大的困难。简要介绍了天然气水合物的性质及储量，阐述了天然气水合物钻井的六个挑战及目前国外天然气水合物的两种钻探方法；同时阐述了以热力法、降压法和化学试剂注入法为主的天然气水合物开采方法，并针对天然气水合物钻采技术现状指出了下一步的研究方向。     

��Ȼ��ˮ����Ŀ��ɼ�������Ӧ��

天然气水合物的开采可以通过破坏水合物赋存的平衡状态（如温度条件、压力条件等），使甲烷气从固态水合物分离出来，也可以通过热激法、减压法、抑制刺激法、置换法和混合开采法等多种方式完成。降压法和热激法技术的结合使用是目前最受推崇的方案，其基本原理是用热激发法分解天然气水合物，而用减压法提取游离气体，已投产的俄罗斯Messoyakha气田和加拿大Mackensie气田均以该法为主要开采技术，其技术在国内具有良好的应用前景。     

神狐海域水合物降压-注热开采生产动态分析及参数优化

针对神狐海域天然气水合物藏,利用CMG-STARS软件开展数值模拟,分析了降压-注热驱替法下的开采动态,并对其主要开采参数的影响程度进行评估。研究结果表明:由于神狐海域水合物藏的地层的初始温度较高,本身热量充足,且该储层渗透率较低,注入热水扩散速度慢,注入热量只有很少一部分用于水合物的分解,热量损失大,因此注热效果不明显;综合考虑产气量、生产时间和累积气水比,建议在降压-注热开采的过程中井底压力设为2~3MPa。一步降压可以有效的缩短生产时间,从而提高经济效益,因此在不影响储层稳定性的前提下,开采过程中建议采用最快的降压速度进行降压生产。     

天然气水合物降压开采实验研究

为了研究天然气水合物（NGH）降压开采基本规律,应用研制的NGH合成与开采实验系统,研究NGH降压开采的相平衡和基本生产规律.用图形法测定了4个NGH相平衡点,与已有文献数据吻合很好,说明了该实验装置和方法的可靠性.对于高孔高渗的多孔介质,相平衡数据与反应釜水溶液中相平衡数据一致,在进行NGH开采相平衡研究时,可以借用现有反应釜水溶液中NGH的数据和模型.在实验模型条件下,降压开采是比较好的NGH开采方法,产气速率较高且主要受压降速率控制.储集层压力控制和NGH自保护效应是实际NGH矿藏降压开采需要解决的关键问题.具有下伏游离气或同层伴生气的NGH矿藏,为克服以上两点不利提供了可能.另外,还可以考虑注热水、注化学剂等其他辅助强化开采措施.图5表2参15     

天然气水合物注热开采能量分析

天然气水合物储量巨大、清洁环保,作为一种潜在战略能源逐渐受到了重视。综述了天然气水合物开采方式并进行了分析,认为由于水合物以固体形式存在,原始状态下渗透率极低,压力传播范围十分有限,降压法开采面临一定的困难;考虑了加热法开采水合物过程中地层内的所有吸热因素,把水合物加热分解过程分为了三个阶段;计算了各部分吸收热量占注入热量的比例。结果表明：注热开采水合物的大部分能量被非水合物升温所消耗,因此提供足够的热源是水合物开发的关键。针对海底水合物开采所需要大量能量供给的状况提出了两种经济廉价的热源。     

天然气水合物开采新技术及其工业化开采的制约因素

天然气水合物作为一种新型的洁净能源,对缓解人类面临的能源危机具有举足轻重的作用,其形成和开采机理受到全世界的关注。传统的水合物开采方式有热激发法、减压法和化学试剂法,由于存在着各种技术或成本缺陷,迄今为止未能成功应用于商业化开采。随着科技的发展和水合物研究的深入,近年来,一些新的开采技术开始引起人们的关注,如CO2置换法、固体开采法(又称水力提升法)和微波加热法等。这些方法从各个方面克服了天然气水合物传统开采方式的缺点,并可能成为今后天然气水合物工业化开采的主要技术。对天然气水合物形成和性质的分析及其开采方式的讨论,认为制约天然气水合物大规模商业化开采的因素主要有3个:对天然气水合物的形成与控制机理了解不深、成本过高、可能带来的环境问题和地质灾害。为今后天然气水合物的开采和研究提供一定的方向和启示。     

天然气用缓蚀剂与水合物抑制剂的配伍性

含酸性气体（Ｈ２Ｓ、ＣＯ２）的天然气在开采过程中常需加入缓蚀剂和水合物抑制剂，本文简介了在实验室对二者配伍性的试验结果。     

气田生产中天然气水合物生成体系的实验研究

气田生产中，特别是在试气、试采阶段常存在天然气水合物在井内管柱或地面管线中生成，堵塞井筒、管线、阀门和设备, 从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。在实际生产中，天然气水合物生成的液体体系十分复杂，其中包括电解质、凝析油和各种化学添加剂等，这些物质的存在对水合物生成条件和抑制剂的防治效果有很大影响。针对气田生产的实际情况，文章尽可能接近现场水合物生成体系，以某气田为例，利用JEFRI蓝宝石水合物装置，通过实验分别研究了含泡排剂、含电解质和含凝析油的天然气水合物生成液体体系，并与纯水体系进行对比，探讨了在这3个体系中天然气水合物形成的临界条件的变化以及对抑制剂抑制效果的影响，从而为水合物的现场防治提供了依据。     

�µ�ˮ������������Ԥ��ģ��

天然气水合物可能出现在油气开采系统的每一个环节，水合物的形成会堵塞井筒、管线和设备，影响油气的正常生产。文章在Van del Waals和Platteeuw模型基础上，采用Munck等人的具体模型参数，利用实验数据，提出了预测Ⅱ型和Ⅰ型水合物生成的数学模型；水合物的函数F(T)与压力的关系可以用于判断气体生成水合物的结构类型，不同的F(T)遵循不同的规律，同一种结构基本在一条曲线上。误差统计结果表明，预测模型对Ⅱ型水合物的最大绝对误差为1.96 ℃，最小绝对误差为0.02 ℃，平均绝对误差为0.63 ℃，标准偏差为0.52 ℃；预测模型对Ⅰ型水合物的最大绝对误差为0.80 ℃，最小绝对误差为0.01 ℃，平均绝对误差为0.33 ℃，标准偏差为0.21 ℃，该模型可以用于水合物防止工艺的设计和水合物气藏的开采。     

��������Ｏ����������ˮ����Ԥ��ģ�͵Ľ���

苏里格气田地面环境恶劣，由于温度变化很大，在集输气管线中极易形成水合物，造成集输气管线的堵塞。如何根据温度的变化精确预测管线中水合物形成的位置，从而达到优化集输气管线、防止水合物的产生，对高效开发苏里格气田具有特别重要的意义。为此，在对苏里格气田集输气管线沿程温降和沿程压降规律进行深入研究的基础上，建立了天然气水合物产生的预测模型，开发了预测水合物生成的计算机软件，并用苏里格气田实际生产数据对预测模型进行了验证，证明了模型和软件的正确性和可靠性，本成果的推广应用对优化苏里格气田采集气工艺、提高苏里格气田开发效益具有重要的意义。     

乌连戈伊气田开发实践和经验

乌连戈伊是俄罗斯最大的巨型气田，也是世界最大的天然气田。该气田构造面积4000 km2，探明天然气地质储量11.2×1012m3，含气井段长达3000 m，纵向上有5套含气层系。1978年上部赛诺曼组高产气藏优先投入开发，高峰产量达到2765×108m3/a，相当于俄罗斯当时全国天然气产量的50％。２０世纪末，赛诺曼组气藏进入产量递减期，而深部阿奇莫夫超高压凝析气藏准备投入开发，弥补了产量递减，延长了气田稳产年限，开发经济效益十分明显。该气田成功地采用一套高效的开发和开采工艺技术,包括：分阶段分块方案设计、分期分块投产、方案及时调整；丛式井组布井方式；高产气井大直径的井身结构；超大规模处理能力的天然气处理厂；气田动态监测系统以及巨型气田稳产策略等。25年的开发实践表明，该巨型气田采用的开发和开采技术是合理有效的，对类似大型气田开发具有重要的借鉴作用。     

������Ȼ�����ʱˮ�����������͹���Ԥ���о�

现场清管作业时清管器经常被卡堵，严重时会影响正常生产。针对这一问题，文章对清管器的运动特征和堵塞机理进行分析，阐述了清管过程中可能引起清管器堵塞的原因，重点分析了天然气通过清管器节流生成水合物造成清管器堵塞。研究表明，清管器是以脉动方式向前推进的，清管器通过管线突变处、积液处或遇到杂物将减速或停止，天然气在清管器处发生节流效应，生成水合物堵塞。文章还提出了清管器冰堵工况预测方法，可以确定出清管器上游温度与生成水合物节流压差的关系，结果表明清管器上游温度越低,生成水合物的清管器上下游压差越小。该方法能够用于现场清管作业时清管器堵塞工况预测。     

天然气水合物储运技术研究进展

近年来，天然气水合物储运技术引起了广泛的关注，并得到了快速发展。文章首先介绍了天然气运输的多种方式，进而分析了常见天然气储运方式的物理特性及其经济性，接着着重介绍了天然气水合物的基本特性、天然气水合物储运的基本原理和技术路线，分析了天然气水合物制备技术、储存技术和分解技术等的特点，最后概述了提高水合物储气效率的措施和相关研究进展等。此外，还对天然气水合物储运技术的应用前景进行了展望     

天然气直接固体氧化物燃料电池研究进展

天然气直接固体氧化物燃料电池（SOFC）是以未经转化的天然气为燃料，将天然气的化学能直接转化为电能的电化学装置。这种技术的开发和应用对于提高能源利用效率，保护生态环境，满足电力需求有着重大的意义。文章介绍了固体氧化物燃料电池的基本概念、工作原理和优缺点，阐述了SOFC在国内外的开发现状；同时综述了天然气直接SOFC的氧化机理及其阳极材料的研究进展，展望了天然气直接SOFC在我国的发展前景。     

����������Ȼ���������ռ�������

从1989年发现陕参1井至今，长庆气田经历了15年的勘探开发与地面工程建设。截至目前，已累计销售天然气120×108m3，主要输往北京、天津、西安、石家庄、银川及“西气东输”下游的上海、苏州、郑州等城市作为民用燃气，部分用于发电和化工原料（例如合成甲醇）等。文章根据长庆气田靖边、榆林、苏里格等气区中天然气生产规模、温度、压力、气体组成等特点，分别介绍了这些气区的天然气净化情况，其中着重介绍了靖边气区天然气净化中的脱硫脱碳、酸气处理和配套工艺技术。     

��Ȼ�����������ˮ������γ����ֹ

v根据文献数据，分析了天然气采输过程中形成水合物的热力学和动力学条件。研究结果认为，加注水合物抑制剂是防止水合物形成的重要措施，近期国外开发成功的动力学天然气水合物抑制剂，如N 乙稀基吡咯烷酮的聚合物（NVP）、NVP的均聚物（PVP）是一个重要的发展方向，应引起充分地重视。此类抑制剂是在水合物形成晶核和生长的初期吸附在其表面，从而延缓了水合物晶体达到临界尺寸的生长速度。此类抑制剂虽价格较贵，但用量一般不超过3%，且药剂对环境的影响很小。同时指出，对高含硫天然气的采输而言，原料气脱水是防止水合物形成最有效的措施，而脱水工艺则以冷冻法为首选。