天然气水合物开采方法及数值模拟研究评述

天然气水合物是21世纪的一种新型洁净能源,资源量大,分布广,其勘探开发技术已得到各国的重视.综合介绍了天然气水合物的概况及其分布,分析了目前提出的降压法、加热法、添加化学剂法等各种开采方式,介绍并对比了有关水合物藏开采计算的各种数学模型.研究认为TOUGH2通用数值模拟软件中加入的EDSHYDR模块是目前水合物藏开采计算的最佳模型.     

天然气水合物渗流特征及其描述

天然气水合物渗流是一个多相多组分非等温的物理化学渗流过程,这个过程包含了相变、能量变化以及储层介质的物理性质的变化。提出了天然气水合物藏孔隙度、渗透率、饱和度等参数的定义方式。应用渗流力学理论,结合水合物开采方式,对其渗流过程进行了描述,建立了天然气水合物藏开采的基本数学模型,并探讨了目前天然气水合物渗流研究存在的问题,为下一步天然气水合物藏的物理模拟和数值计算提供了理论基础。     

天然气水合物渗流特征及其描述

天然气水合物渗流是一个多相多组分非等温的物理化学渗流过程,这个过程包含了相变、能量变化以及储层介质的物理性质的变化.提出了天然气水合物藏孔隙度、渗透率、饱和度等参数的定义方式.应用渗流力学理论,结合水合物开采方式,对其渗流过程进行了描述,建立了天然气水合物藏开采的基本数学模型,并探讨了目前天然气水合物渗流研究存在的问题,为下一步天然气水合物藏的物理模拟和数值计算提供了理论基础.     

天然气水合物藏开采数值模拟技术研究进展

中国天然气水合物资源丰富,实现天然气水合物商业化开采,对于缓解中国能源短缺压力具有战略意义。数值模拟是指导天然气水合物藏安全有效开采的重要技术手段,通过对水合物藏产能预测与动态分析,可以实现对开采方法的优选、可采资源评价和开发方案优化。天然气水合物藏开采过程涉及水合物分解相变与气水在地层内渗流传热等多个物理化学过程之间的复杂耦合机理。重点介绍了水合物藏开采现状、水合物藏开采数学模型优化研究、天然气水合物开采数值模拟应用进展,分析了数值模拟研究的核心问题、取得的进展以及当前亟需解决的瓶颈问题,并指出水合物藏开采数值模拟发展趋势,对于开展天然气水合物数值模拟研究具有较好的指导意义。     

天然气水合物藏开采增产技术研究进展

天然气水合物是一种是极具潜力的清洁能源,水合物的安全高效的规模化开发,对于缓解我国能源紧缺压力和优化调整能源结构具有重要意义。本文介绍了天然气水合物藏的四种开采方法以及国内外开展的水合物现场试采的进展,目前水合物试采仍面临着开采难度大、产量较低和开采成本高等诸多挑战,亟需解决长期开发所要面临的增产工艺技术及经济问题。因此,本文重点阐述了针对天然气水合物四种常规开采方法的增产提效技术,并且介绍了为了提高水合物储层动用能力的井网设计及储层改造方案,为天然气水合物藏新一轮的工程试采提供借鉴。     

海洋天然气水合物藏开采若干问题研究

文章阐述了在开采天然气水合物方面所取得的研究进展,包括天然气水合物开采模型及数值模拟,天然气水合物开采物理模拟相似准则,天然气水合物开采方法研究等。建立、完善了天然气水合物开采的数学模型,并以此为基础建立了降压开采水合物物理模拟相似准则。降压法开采单一水合物藏,在某些情况下开采能量不足会导致藏内结冰严重。对下伏气的天然气水合物藏而言,水合物能够提高产气量、延长稳产时间。结合降压和注热的优势提出了注温水-降压法联合开采方法,该方法具有稳产时间较长、稳产气速度高的特点。     

海水提升法试采南海天然气水合物的可行性分析

海洋天然气水合物的开采方法是当今天然气水合物研究的一大热点.通过对南海海域天然气水合物成藏机理的分析,提出了使用海水提升法开采海底天然气水合物的新模式.介绍了海水提升系统的组成和工作原理,提出了水力输送设备的相关参数,并对使用该方法的产气量及能效进行了简单评估.结果显示这种方法具有产量大、能效高的特点,运用该方法在南海采集天然气水合物是可行的.海水提升法开采天然气水合物克服了其他传统天然气水合物开采方法面临的技术难题,为海洋天然气水合物的开采研究提供了一种新思路及技术支撑.     

天然气水合物开采方法的研究综述

天然气水合物(简称水合物)是天然气(主要成分甲烷)和水在高压和低温条件下形成的类冰固体化合物.我国将水合物开采研究归入战略发展规划.本文首先介绍水合物地层成藏和分类以及适合大规模商业化开采的地区;然后系统地总结了当前提出的水合物开采方法和适用条件,重点介绍了机械-热联合开采水合物方法的工艺流程和基本科学原理;阐述了水合物开采涉及的热传导、相变、渗流和应力变化4个效应,说明了水合物开采过程中各个物理量演化的特征,作为水合物开采与相关监测的理论基础;最后分析了国内外现场试验性开采的研究进展,并指出了未来水合物开采的研究方向.     

天然气水合物形成条件的预测

天然气水合物的形成对天然气开采与集输都会产生极大的影响，本文介绍了影响天然气水合物形成的主要条件与次要条件，以及目前预测天然气水合物形成条件的进展情况，文中着重介绍了国外在预测高压条件下（８０～１００ＭＰａ时）气井井筒及海底集气管线形成天然气水合物的实验研究情况．     

热水吞吐开采水合物藏数值模拟研究

天然气水合物资源潜力巨大，高效的开采方法是实现水合物资源开发利用的关键。热水吞吐法广泛应用于石油工业，为加强对热水吞吐法开采水合物藏规律的认识，结合实际水合物藏参数，使用数值模拟方法，研究了水平井热水吞吐条件下水合物藏的开采动态规律，并与单纯降压与单纯注热的开发效果进行了对比。结果表明，热水吞吐开采水合物藏时，产气速率呈周期性变化，随周期数增加，周期生产时间变长，分解气速率整体呈上升趋势，开发效果变好，但分解气的采出比例偏低，需要采取合适措施提高其采出比例；水合物的分解以水平井筒为中心逐渐向外扩展，但受效范围主要在近井区域；热水吞吐开发水合物藏兼具降压和注热的作用，且开发效果比降压或注热单独作用时好，能够获得更高的产气量、分解气量和水合物分解程度。     

喷射器内含湿含硫天然气形成水合物预测

针对高含硫气田天然气含湿含硫且井口压力不断降低的特点,利用高压气井的富余压力通过喷射器增压输送低压天然气。采用Fluent软件对喷射器内单相和气液两相含湿含硫天然气的沿程温度、压力进行了数值模拟,应用天然气水合物生成预测模型ZahediⅠ对天然气喷射器内部天然气水合物生成区域进行了预测分析,预测了工作流体入口温度、含硫量、含湿量对天然气水合物生成的影响。工作流体入口温度增加,喷射器内天然气水合物生成区域范围减小,硫化氢含量越高,天然气水合物生成区域范围越大,工作流体含水滴,喷射器内天然气水合物生成区域小于单相工质下的天然气水合物生成区域,进而提出了消除含湿含硫天然气喷射器内形成水合物的措施。     

中国陆域天然气水合物资源勘探开发技术研究进展

天然气将是21世纪的主要能源品种,它的储量巨大,据估计其全球储量是现有天然气、石油储量的两倍,是人类理想的潜在的替代能源。作为非常规天然气资源的天然气水合物被誉为21世纪的新能源,近年来它的研究受到世界上许多国家的高度重视。本文对世界天然气水合物资源基本特征和分布情况进行介绍,主要对国内陆域天然气水合物勘探开发技术以及环境效应进行了阐述。     

天然气水合物生成条件预测研究进展

天然气水合物的生成会引起油气生产过程中运输管道设备堵塞。为了能准确地预测天然气水合物生成的具体位置,对不含抑制剂体系(不含盐和醇类)天然气水合物的生成条件做了详尽的描述。对于烃类天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、关联公式以及经验图解法。而对于酸性天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、支持向量机和神经网络算法。在不同的环境条件下使用合适的预测方法,可以准确地预测天然气水合物的生成。同时,对今后的研究工作提出了展望,旨在为中国天然气水合物相关研究提供借鉴与参考。     

天然气水合物降压开采数值模拟及影响因素分析

采用数值模拟方法,将降压开采分为完全分解区、分解区和未分解区进行数值模拟研究,建立了天然气水合物多相(气、水、水合物)流分解能量守恒模型、分解反应动力学模型.在此基础上,建立了二维数学模型以分析产气性能影响因素.模拟计算结果表明,出口压力越大,累积产气量越小;边界传热越快,分解越快;绝对渗透率对累积产气量和产气率影响较小.所做工作为进一步开展室内模拟实验和工程应用研究提供了技术依据.     

多孔介质中天然气水合物注热水分解实验研究

为了研究多孔介质中天然气水合物注热水分解规律,设计了多孔介质中天然气水合物分解实验装置,并通过热电偶和电阻测试来分析水合物分解前缘的规律性,大量的实验研究表明天然气水合物注热水分解过程呈现明显储层升温、平稳分解和前缘突破三阶段特征.为揭示天然气水合物分解实质,建立了水合物分解前缘移动界面数学模型,并与测温、电阻测试前缘...     

CO2置换CH4水合物技术中主、客体分子间作用的DFT研究

天然气水合物是新型清洁能源,围绕CO₂置换CH₄水合物技术的研究对天然气水合物的资源开采和减少全球碳排放具有重要意义。其中,置换机理的解析是CO₂置换CH₄水合物技术的关键问题,对提升置换效率具有重要作用。为深入阐述置换机理的本质,采用量子力学（QM）方法对水合物中主、客体双分子聚体间的相互作用进行模拟。利用不同的密度泛函理论（DFT）方法对双分子聚体的结构及单点能进行计算分析,在对CO₂置换CH₄水合物过程的研究中,获得QM方法下进行几何结构优化和单点能计算的较优的计算参数。采用对称性匹配微扰理论（SAPT）进行能量分析,解析主、客体相互作用中各分子的贡献,并通过计算波函数信息分析约化密度梯度函数（RDG）、独立梯度模型（IGM）和静电势,定向研究主、客体分子间最主要的相互作用。研究结果表明CO₂置换CH₄水合物过程中主、客体分子间的作用主要由静电作用贡献,色散和诱导作用占比较小;在置换过程中,客体分子由CH₄转变为CO₂时色散作用影响减弱,静电作用影响加强。因此,静电作用是置换过程的关键,提高与H₂O的静电作用是提升置换效率的有效方法。所得结果为CO₂置换CH₄水合物技术的发展提供了理论指导。     

太阳能加热开采天然气水合物研究

在分析了目前国内外天然气水合物开采方法优缺点的基础上,提出了利用太阳能加热开采天然气水合物的原理和方法,给出了开采系统的组成,包括太阳能加热采集、汇集、传输、光热转化和天然气分解产出等过程.利用所述的太阳能加热开采水合物方法,不需额外热源,具有经济、高效、清洁无污染等特点.运用传热学、热力学等学科知识和对储层的适当简化,建立了模拟计算数学模型,并进行了实际计算.计算结果表明,利用太阳能加热天然气水合物储层,可使储层温度有较大升高,能够使水合物快速分解,为今后进一步研究提供了理论基础和技术支持.     

海域天然气水合物监测井技术进展与挑战

海域天然气水合物是一种极具潜力的可替代清洁能源,但开采难度大、容易导致地质灾害,因此在开发过程中对水合物储层的监测不仅能为开发方案的动态优化提供基础数据支持,而且对于评价开发过程对环境的影响尤为重要。监测井可以对水合物储层进行原位监测,是一项关键技术,但应用于海域水合物时目前可以采用的地球物理监测仪器非常有限。结合中国神狐海域水合物储层为开发难度高的低渗透率黏土质粉砂的现实,需要研发更低功耗、更高精度的长期原位温度压力监测仪器,同时需要积极开发新的监测技术,例如可以尝试在监测井中加入示踪剂指示来自监测井的流体运移,构成生产井之外水合物分解的直接证据,从而提供水合物分解范围的科学依据。