天然气水合物降压热激法模拟开采方案优化研究

基于南海神狐SH2钻孔水合物储层地质特点和压力温度条件,运用数值模拟方法开展天然气水合物的单一垂直井降压热激法联合试开采的优化研究。为减少气体经上覆透水岩层泄露和过量的产水,生产井过滤器放置于生产井中部,热量被平均分配到过滤器并以恒定功率注入而不是注入热水。研究结果表明:顶底板附近水合物有隔水储气作用,大部分的甲烷气被束缚在水合物储层中,但后期可成为甲烷泄露通道。对底孔压力、热激发强度、初始水合物饱和度、储层渗透率4个参数的敏感性分析表明:底孔压力降低,产气速率相差不大,产水量增加;热激发增强或高初始水合物饱和度下,产气速率增大;本征渗透率影响流体运移和热传导,本征渗透率减小时,产气速率先增大后减小。本文所采用数值模拟及参数敏感性分析方法,有助于设计和优化天然气水合物开采方案。     

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。     

海域天然气水合物试采井筒中水合物二次生成风险预测及防治

考虑海域天然气水合物试采工艺和井筒结构特点,建立试采井筒中的水合物二次生成预测方法,探究水平井试采井筒中的水合物二次生成风险及防治方法。结果表明：在案例条件下,采气管柱中的水合物二次生成风险较高,主要分布在井深790～1 020 m,且产气量和产水量越小,管柱中的水合物二次生成风险越高;水合物二次生成过冷度越大,井筒中发生流动障碍的风险越高;添加水合物热力学抑制剂可以减缓管柱中的水合物沉积层生长速度,延长水合物流动障碍发生所需的时间;采气管柱底部加热长度50 m且抑制剂质量分数为5%条件下,可满足采气管柱中水合物防治要求;通过增加电潜泵的方法可以有效预防采水管柱中水合物二次生成风险。     

天然气水合物藏的界定及思考

 在回顾致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气藏定义的基础上,基于天然气水合物藏的特征,认为天然气水合物藏是指具有一定量的甲烷等气体运移到温度-压力适宜的地层,并以固态形式赋存于地层/松散沉积物中的天然气水合物资源及其与之有直接关联的天然气聚集。因此,在开展天然气水合物资源勘查与评价时,应当查明天然气水合物层下部游离气状况,存在游离气层的"固-气两层楼式"天然气水合物藏是当前有利的天然气水合物开发靶体。分析认为神狐海域天然气水合物属于"固-气两层楼式"天然气水合物藏,在进行资源评价和试采时,应该对天然气水合物层和游离气层进行统一考虑,从而有望进一步提高单井日产量和经济效益,促进天然气水合物的勘探与开发。     

海域天然气水合物钻完井关键技术研究进展

天然气水合物是由水和甲烷在高压、低温条件下形成的一种固态结晶化物质,被世界各国认为是最有潜力替代化石能源的清洁能源。概述了美国、日本、印度、韩国和中国海域天然气水合物试采现状,指出海域天然气水合物钻完井存在钻井液密度窗口窄、井底压力控制难、定向井造斜难、井壁和井口稳定性差、储层改造难、防砂困难等技术难题,梳理了固态流化钻井技术、水平井钻井技术、双梯度钻井技术、控压套管钻井技术、水力喷射微小井眼钻井技术、钻井液技术、完井防砂技术的研究发展现状,提出了必须要加强海域天然气水合物出砂机理、出砂预测、成井、建井、钻完井设备与仪器研发等科研攻关力度,为规模化开采海域天然气水合物提供技术保障。     

海域天然气水合物自入式开采装置及其可行性研究

为解决目前海域天然气水合物试采案例所采用钻井开采技术中存在的深水作业成本高、井筒结构易损坏及长期稳定开采难度大等问题,提出一种新型海域天然气水合物自入式开采装置及方法.该方法无需使用大型的钻井设备,由自入式开采装置携带相关设备依靠重力冲击进入储层,然后进行降压开采,待作业结束后可通过拉拔进行回收,重复使用.建立冲击贯入...     

海域天然气水合物水平井钻井温度场预测

利用水平井开发海域天然气水合物具有产量高、产气快、经济效益好的特点,但井筒温度变化容易引起储层水合物分解,诱发井壁失稳坍塌等事故。因此基于井筒传热学理论和钻井工程参数,研究了海域天然气水合物水平井钻井过程中井筒热量传递过程,考虑钻柱与井壁、套管直接的摩擦生热效应,建立了海域天然气水合物水平井钻井过程的井筒温度剖面计算模型,分析了钻柱摩阻、循环时间、钻井液排量、入口温度、水平段长度等参数对对井筒温度场的影响规律。结果显示,钻柱的摩阻生热不可忽略;钻井液循环一定时间后,井筒温度剖面趋于稳定;钻井液排量对于井筒温度场的影响较大;钻井液的入口温度对于裸眼段的温度剖面影响较小,主要影响海水段的温度剖面;水平段裸眼段越长,裸眼段的温度越高;在海域天然气水合物地层钻水平井时,井周地层中的水合物不会分解。该研究成果可为中国海域天然气水合物水平井钻井设计提供借鉴。     

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.     

天然气水合物在天然气输送中的应用研究

在输送未经分离的天然气的过程中,由于压力和温度等外界环境因素的改变,常常生成大量的水合物,造成管线冻堵,严重影响天然气的正常输送储存。本文介绍了输气管道中形成水合物的必备条件。为了避免水合物堵塞,需要知道水合物压力及温度条件,本文简述了波诺马列夫经验公式法和相平衡计算法以及防治水合物常用的四种方法。     

气主导体系集输管道水合物堵塞形成与沉积特性研究综述

为了保障天然气集输管道的安全平稳运行,避免水合物堵塞的形成及其诱发的局部憋压风险,总结分析了天然气水合物结构与性质、热力学与动力学模型和管道水合物沉积、堵塞机理研究进展,并对集输管道天然气水合物防治提出展望。研究表明,气主导体系管道水合物沉积机理主要有以下两种：一是由管壁上凝结液膜的水合物生长引起,其中自由水含量、气体速度、流型变化、气相持液率、过冷度以及管壁表面形貌等因素影响水合物沉积行为;二是气相液滴形成的水合物颗粒通过碰撞内聚作用聚集生长沉积为水合物层,从水合物颗粒间黏附强度角度考虑水合物层的剥落和分离,为通过提高气体临界流速来去除水合物沉积层提供了新的思路。本综述可为管道水合物堵塞分类分级管理和高效防控研究提供参考。     

喷雾式天然气水合物储气系统的实验研究

利用自行设计的喷雾式天然气水合物储气实验系统,研究了喷雾强化措施下的水合物制备所形成水合物的形态特征,考察在不同初始压力和初始温度条件下水合物形成过程的压力变化特性及其对水合物生成速率和生成量的影响,并且分析和比较了间歇进气与连续进气两种不同进气方式下水合物的生成特性.实验结果表明,初始压力越高、初始温度越低,反应生成水合物的速率越快,生成的量越多;在进气方式比较方面,连续式进气生成水合物的速率比间歇式进气要快,能耗要低,因而连续式进气比间歇式进气具有更好的速率和效率.     

多孔介质中动态合成天然气水合物的新方法

天然气水合物储量巨大,被认为是未来能替代常规能源的最具前景的主要非常规能源之一。国内外已经对其进行了大量的研究;但由于其特殊的性质,获得原始天然气水合物样品较困难,目前对于天然气水合物进行的研究均采用在实验室内制备的方法。针对在多孔介质内合成天然气水合物的传统方法存在的问题,即在合成天然气水合物时,由于体积膨胀导致多孔介质堵塞,因而导致天然气水合物合成效率低下的难题进行了研究;提供了一种新型的在动态环境下合成天然气水合物样品的新方法,即天然气在流动循环的过程中与去离子水合成天然气水合物的方法。验证结果表明该方法是在多孔介质中合成较高饱和度的天然气水合物一种行之有效的方法。通过该方法在多孔介质中合成天然气水合物的饱和度比传统合成方法要高20%~30%。     

天然气管道投产置换过程模拟实验研究

投产置换是天然气管道建成后投入运行的一个关键环节,为确保置换过程的安全性,对置换过程中气体的混合规律进行了研究.根据二元体系气体紊流扩散原理,在实验室内构建了天然气管道投产置换过程的模拟实验系统.利用该实验系统,分别对不同流速、不同背压下管道内气体的扩散过程进行模拟试验,获得了置换过程中受流速和背压影响的天然气与氮气、氮气与空气的扩散规律,为管道投产置换合理确定氮气用量提供了理论依据.     

多孔介质中天然气水合物降压开采影响因素实验研究

使用自制的一维天然气水合物开采模拟实验装置,对天然气水合物降压开采进行了物理模拟实验研究,考察了降压幅度、降压速度对开采效果的影响。实验结果表明,降压幅度主要影响最终产出气体的总量,降压幅度越大,累积产气量百分比越大。降压速度越大,产气速率越高,当最终压力相同时,降压速度只影响开采持续时间,最终产气量百分比基本一致;降压速度越慢,当压力降到相同水平时累积产气量百分比越大,特别在降压初期这一现象更明显。     

天然气水合物注热开采实验研究

注热开采产气速度的稳定性主要受温度场变化的影响,即受注水速度、注水温度和模型热物性的共同控制。应用研制的天然气水合物（NGH）合成与开采实验系统,进行NGH注热开采实验研究。该实验系统热量损失大、换热效率和热利用率较低,实验条件下的最优注水温度为81.44℃。根据实验数据得到的实际NGH藏换热效率可超过6,因此从能量角度评价注热开采是可行的。通过优化注热水的温度、速度等参数,采用“热水段塞＋常温水驱替”、注热与降压联合开采、减少管线热损失等措施,可以大大提高注热开采的效益。     

Effect of microwave on formation/decomposition of natural gas hydrate

Natural gas hydrate (NGH) reservoirs have been considered as a substantial future clean energy re-source and how to recover gas from these reservoirs feasibly and economically is very important. Mi-crowave heating will be taken as a promising method for gas production from gas hydrates for its ad-vantages of fast heat transfer and flexible application. In this work, we investigate the formation /decomposition behavior of natural gas hydrate with different power of microwave (2450MHZ), pre-liminarily analyze the impact of microwave on phase equilibrium of gas hydrate,and make calculation based on van der Waals-Platteeuw model. It is found that microwave of a certain amount of power can reduce the induction time and sub-cooling degree of NGH formation, e.g., 20W microwave power can lead to a decrease of about 3℃ in sub-cooling degree and the shortening of induction time from 4.5 hours to 1.3 hours. Microwave can make rapid NGH decomposition, and water from NGH decomposi-tion accelerates the decomposition of NGH with the decomposition of NGH. Under the same pressure, microwave can increase NGH phase equilibrium temperature. Different dielectric properties of each composition of NGH may cause a distinct difference in temperature in the process of NGH decomposi-tion. Therefore, NGH decomposition by microwave can be affected by many factors.     

天然气水合物在喷雾装置中的制备

采用雾流强化实验装置对天然气水合物的合成进行实验研究,发现该方法能增加气-水接触面积、强化传热传质以及加速水合物生成.实验数据验证了反应压力与系统过冷度是水合物快速形成的重要影响因素.当反应温度一定时,初始压力越大,反应压降速率越大;过冷度越大,对应的压降速率越大.