天然气水合物开采立管力学特性研究

深水天然气水合物开采立管是开采水合物的关键通道,管内由于水合物分解形成多相内流会导致其受力变形更为复杂,在内外流综合作用下水合物开采立管易发生失效事故。为分析水合物开采立管的力学特性,考虑管内水合物的分解与流动,并将其引入立管动力学方程,建立了海洋环境与管内多相流共同作用下的水合物开采立管动力学模型,采用有限单元法对模型进行离散求解,以固态流化试采工艺为例,分析了浆体密度、排量与出口回压对水合物开采立管力学响应特性影响规律。结果表明,立管内水合物分解形成多相流使得立管系统质量减小,导致立管沿程截面张力增大,水合物开采立管的形变位移、弯矩与偏转角度均比纯液立管小;无浮力块配置的水合物开采立管最大位移出现立管中下段,最大弯矩与偏转角度出现在立管底端;水合物开采立管的弯曲位移、弯矩与偏转角度随着浆体密度、浆体排量和立管出口回压的增大而增大;适当增加水合物开采立管顶部张力或配置浮力块,减小浆体密度与排量,降低立管出口压力均有利于减小立管的弯曲变形。研究结果可以为水合物开采立管的安全控制提供理论指导。     

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。     

海底天然气水合物绞吸式开采方法研究

 根据海底天然气水合物藏特点,结合绞吸式挖泥船工作原理和大洋多金属结核开采技术,提出了一种全新的绞吸式海底天然气水合物开采方法,克服了海底天然气水合物开采依赖构筑封闭开采环境的技术瓶颈;然后根据管道输送原理和两相流理论,对绞吸式开采方法的提升系统进行了水力参数分析。由分析结果可知,将体积浓度为15%~25%天然气水合物流体从1 000 m海底提升到海面所需泵的扬程为30~50 m;将体积浓度为10%~20%天然气水合物流体从4 000 m海底提升到海面所需扬程为90~150 m,现有的矿浆泵就能满足要求;由于天然气水合物和海底沉积物硬度较低,并且其混合流体的密度与海水密度相差不大,采用矿浆泵进行直接输送其对泵的磨损不会严重,能保证系统长期稳定的工作,证明了该开采方法在理论上是可行的。     

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。     

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。     

天然气水合物降压开采中海床沉降特征及其影响因素

为计算天然气水合物降压开采过程中的海床沉降量,考虑水合物分解、气水两相渗流、多孔介质导热和传质传热、沉积物变形等多物理场耦合作用,采用Duncan-Chang模型描述水合物层的变形破坏特征,建立天然气水合物降压开采过程中的渗流场-温度场-变形场三场耦合模型,并基于有限元法进行求解。研究结果表明：在地温梯度影响下,降压开采时水合物层下部的水合物分解速率较快,其分解范围大于上部的分解范围;水合物分解前缘处的垂向有效应力随分解后力学参数的改变发生突变;水合物降压开采时的海床沉降主要由水合物分解导致的水合物层切线弹性模量、强度以及孔隙压力降低诱发,地层最大沉降位于开采井附近水合物层与上覆地层的界面处,而海床面处的沉降最大值位于开采井处。海床沉降与井底压力、水合物层渗透率、初始切线弹性模量、水合物层厚度等因素有关;井底压力越小、水合物层厚度越大,海床沉降量越大;水合物层渗透率越高,地层孔隙压力耗散越快,海床沉降越明显;水合物层初始切线弹性模量越大,海床沉降量越小。     

天然气水合物富集规律与开采研究项目启动

2008年12月28日,国土资源部科技司在广州主持召开了项目启动会,科技部基础司、中国地质调查局有关领导出席会议。该项目由广州地质调查局牵头,中国地质大学、中国科学院地球地质研究所等六个国内专门从事地球物理、地球化学及地球勘探的研究单位参加。     

盐水体系中天然气水合物降压开采数值模拟

考虑盐浓度的分布,根据质量守恒、能量守恒、天然气水合物的分解动力学等方程建立天然气水合物储层降压开采的数学模型,该模型可描述三相八组分水合物储层开采的多相非等温渗流过程.利用该模型对一维条件下纯水和含盐富水相体系水合物的开采动态进行模拟计算.结果表明:模拟结果与试验结果具有较好的一致性;在盐水体系的水合物藏中,盐影响了水合物的相平衡,加快了水合物的分解,压力传播比纯水体系的快得多,并使得试验和模拟的瞬时产气量波动很大.     

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。     

海域天然气水合物开采的井中可控源电磁监测三维正演模拟

为掌握海域天然气水合物在大范围开采过程中的分解范围和分解程度,应用有限元软件COMSOL,对采用井中可控源电磁方法监测天然气水合物开采过程进行正演模拟。通过构建含高阻天然气水合物储层的三维地层模型,在比较井中垂直源监测系统相对于传统拖曳式水平源优势的基础上,分析垂直源监测系统中金属套管、垂直源深度、频率、观测误差和噪声等参数对海底电场响应的影响。模拟结果表明,金属套管、垂直源深度和电流发射频率对井中电磁监测效果的影响较大,在有套管时,垂直源的布设深度应位于天然气水合物储层之下,并采用1Hz的低频发射电流;在小收发距时,监测系统的观测误差和噪声对有套管监测系统的性能影响不大。天然气水合物开采范围扩大时,井中垂直源监测系统可以确保海底接收器探测到相应的电场信号变化,并有效地识别开采范围的横向边界。因此,采用井中可控源电磁方法对海域天然气水合物开采过程进行储层动态监测是可行的。     

2017年天然气水合物研发热点回眸

 2017年,天然气水合物研发领域散发出强劲活力,发生了一系列重大事件。本文回顾了2017年日本南海海槽天然气水合物试采、中国神狐海域天然气水合物试采、中国荔湾海域天然气水合物试采、天然气水合物作为新矿种等重大事件和进展,盘点了天然气水合物油气系统在中国南海神狐海域等主要地区的应用与研究、动力学抑制剂、开采方法、沉积物稳定性、环境效应等研究热点,部分展示了中国在天然气水合物领域作出的贡献,并进一步分析了天然气水合物未来研究热点。     

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.     

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。     

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.     

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。