海域非成岩天然气水合物储层改造方法分析

天然气水合物是未来重要的战略开采资源,受到了世界各国的广泛关注,因此对海底天然气水合物进行大规模开采成为必然。目前,海底天然气水合物开采还处于试采阶段,到目前为止还未形成成熟的开采方式。本文从人们所担心的海域天然气水合物开采过程中因储层非成岩可能出现的海底水合物大规模气化、破坏海洋生态环境、产生海底地质灾害等问题出发,对海域天然气水合物开采的安全性进行了分析。同时调研了当前世界各国海域天然气水合物试采现状,指出了进行储层改造是海域天然气水合物未来进行大规模开采的必由之路。探讨分析了采用水力喷射微小井眼技术边钻进水平井边喷射改进发泡水泥浆以进行储层改造的可行性,可为我国水合物商业化开采提供借鉴。     

天然气水合物开采方法及海域试采分析

天然气水合物分布广、埋藏浅、清洁无污染、储量巨大,被视为油气领域最有潜力的替代清洁能源。全球目前有5个国家进行了8次天然气水合物试采工作,特别是2017年5月中国神狐海域天然气水合物试采取得了巨大成功,创造了产气时间和产气总量两项世界纪录,但是由于天然气水合物特殊的物理力学性质和赋存状态,技术经济开采还面临诸多难题。在分类总结天然气水合物开采方法的基础上,分析了中日两国的海域天然气水合物试采情况及试采数据,得出了如下结论与建议:（1）天然气水合物开采方法可归纳为两大类:原位分解法和地层采掘法;（2）海域天然气水合物试采数据表明:压力和温度条件都是影响产气速率的主要因素与约束条件,在生产不同阶段,影响产气能力的主要因素不同;（3）对日本第1次天然气水合物试采数据分析表明,压力驱动力、温度驱动力与产气速率均有较好的相关性,提出了表征温度压力耦合关系的指标相态平衡距,研究了产气速率与相态平衡距的分段线性关系,建立了天然气水合物储层分解动力学模型范式;（4）分析了降压开采方法中大幅快速降压与分段缓慢降压两种降压方式的优劣,提出有效供热是实现天然气水合物降压开采的长期高产的必要条件,集成页岩气开发中的水平井压裂技术与干热岩地热开发中热量对流交换循环的原理,提出对流注热降压开采方法。     

天然气水合物开采研究现状

随着天然气水合物基础研究的不断深入,天然气水合物开采研究空前活跃.在技术方法方面,传统的热激发开采法、减压开采法与化学抑制剂注入开采法获得了不断的发展与改进;新型开采技术如CO2置换法与固体开采法引起了学者们的极大关注;最近我国还研制出适合于海洋天然气水合物开采的水力提升法.在开采研究实践方面,全世界已在3处冻土区进行了天然气水合物试采研究.介绍了天然气水合物开采技术的研究进展与冻土区天然气水合物试采研究结果,分析了天然气水合物开采研究中可能涉及的环境问题,展现了现阶段天然气水合物开采研究领域的最新成果,总结了这一领域取得的经验与认识,强调了国际天然气水合物开采研究对我国天然气水合物研究的启示.     

冻土天然气水合物开采技术进展及海洋水合物开采技术方案研究

调查发现,陆域永久冻土层及海域都存在着天然气水合物资源。我国2007年和2008年先后在南海海域及祁连山木里地区发现水合物实物样品。中国地质调查局于2010年开始实施冻土水合物试采技术研究及现场开采试验,2017年将在我国南海海域实施海洋水合物试采,相关准备工作正在进行中。本文介绍了陆域水合物试采进展及海洋水合物试采技术方案的构思。     

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月—2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。     

海域天然气水合物资源勘查工程进展

近年来,由中国地质调查局组织实施的“海域天然气水合物资源勘查”工程,按照工程总体部署,主要开展了我国南海北部海域的天然气水合物勘查、环境监测与评价,以及成矿理论、勘查与试采关键技术、实验模拟等研究工作,获取了海量基础数据,取得了一系列突破性进展和原创性成果,初步摸清了我国海域天然气水合物资源家底,为试采工程的实施提供了有力支撑。该工程全力支撑了中国地质调查局天然气水合物工程技术中心、国土资源部海底矿产资源重点实验室、国土资源部天然气水合物重点实验室建设,推动了科技创新与地质调查深度融合,促进了水合物学科的发展。     

百字短讯

<正>·勘探与进展中国海域天然气水合物首次试采成功由国土资源部中国地质调查局组织实施的南海天然气水合物试采工程,作业区位于南海神狐海域(珠海市东南320千米)。2017年3月28日,试采井开钻;5月10日下午,点火成功,从水深1266米的海底以下203~277米的天然气水合物矿藏(泥质粉砂型)开采出天然气(甲烷含量最高达99.5%);至7月9日,试开采连续试气点火2个月,累计产气量30.9万立方米,平均日产     

神狐海域天然气水合物研究新进展

为深入了解我国天然气水合物勘探开发方面的研究进展,在简要概括国外水合物勘探试采的基础上,对我国近20年南海水合物的勘探历程及神狐海域两次成功试采进行了归纳总结,分析了神狐海域储层地质力学特性和水合物开采模拟两方面在当前所取得的阶段性成果,并针对其中存在的出砂机理研究不足、安全指标尚未建立、模型存在局限性等一些问题给出了建议,以期为南海水合物的高效开发研究提供思路与参考。     

注蒸汽开采冻土区天然气水合物数值计算与野外应用

试开采研究是天然气水合物从理论研究走向商业化开采的必经之路。提出的注蒸汽开采是一种综合开采方法,是在降压开采的基础上,往孔内注入热蒸汽对水合物目标开采层进行激振往复式热激发。注蒸汽开采能够避免“自保护效应”,促进水合物进一步分解,理论上能够扩大开采范围、提高产气量。利用FLUENT数值模拟软件对蒸汽加热水合物层动态过程进行数值计算,通过模拟计算结果对比分析,在满足开采要求的前提下确定最佳的注蒸汽功率为20 kW,注热时长为38 h。在青海木里盆地天然气水合物试采项目中,注蒸汽开采进行了5.2 h开采试验,产气量为3.25 m3。     

本期文章导读

正111盐类对甲烷水合物稳定性影响研究进展作者:刘唯一,陈勇*,王淼,张韩静海底天然气水合物资源量巨大,成为解决全球能源危机的重要清洁能源。2017年5月我国首次实现海域天然气水合物试采成功,在开采过程中,水合物的稳定性影响着海底地质环境的稳定和全球气候的变化。     

中国天然气水合物调查研究现状及其进展

天然气水合物大致经历了实验室研究、管道堵塞及防治、资源调查与开发利用4个发展阶段,中国目前正处于资源调查阶段的早期。自1999年开始,中国先后开展了南海、东海、陆上冻土区和国际海底区域天然气水合物的调查研究,相继发现了一系列地质、地球物理和地球化学异常标志,并在南海北部神狐地区成功采到水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破,显示出良好的找矿前景,但目前仍存在着调查研究程度较低、技术装备比较落后等问题。随着国家对天然气水合物重视程度的加强,中国天然气水合物的调查研究进程将会将进一步加快,并在不久的将来过渡到试生产阶段和商业性生产阶段。     

钻井利器故事之“保真取样钻具”

天然气水合物作为一种高效清洁能源,广泛分布于海洋和冻土带中。经过近几年的勘探,在我国南海发现了储量非常丰富的天然气水合物资源,并成功进行了试开采,取得了可喜的成绩,也使我国在该领域处于国际领先地位。随着水合物勘探开发程度的进一步加快,作为水合物调查钻探取样的重要利器——保真取样钻具的保真效果已经被越来越多的研究者所关注。本文从科普的角度介绍了天然气水合物保真取样的必要性、国外发展历程及国内近年来的研究成果,以此达到相互交流、相互促进的目的,最终推动保真取样技术的国产化应用。     

国外天然气水合物勘探现状及我国水合物勘探进展

概述了国外天然气水合物调查研究的进展情况,介绍了我国在天然气水合物调查研究的历史、工作过程及目前取得的进展。详细地介绍了我国陆地永久冻土天然气水合物钻探取样器具、工艺方法、应用现状及钻探取样施工取得的成果,提出了我国未来陆地冻土天然气水合物勘探开发工作任务和建议。     

中国冻土区天然气水合物调查研究

中国是世界上第三大冻土国,在青藏高原和东北大兴安岭地区分布着大片的多年冻土区,并有较好的天然气水合物形成条件和找矿前景。20世纪90年代末就有部分科研人员开展了中国冻土区天然气水合物形成条件和分布预测的研究工作。2002年开始,中国地质调查局先后设立了5个地质调查项目,对中国冻土区开展了地质、地球物理、地球化学和遥感调查工作,并在祁连山冻土区成功地钻获了天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破,使中国成为世界上既有陆地水合物也有海底水合物的少数几个国家之一。目前中国冻土区天然气水合物研究中仍存在着调查研究程度较低、技术装备落后、未开展试生产研究等问题。随着国家对天然气水合物重视程度的加强,中国冻土区天然气水合物的调查研究进程将会进一步加快,并有可能在不久的将来实现试生产。     

加拿大马更些冻土区天然气水合物试生产进展与展望

马更些（Mackenzie）冻土区位于加拿大西北地区，是世界上最著名的天然气水合物产地之一，也是加拿大最重要的含油气盆地之一。在Mallik地区已相继钻探了L 38、2L 38、3L 38、4L 38和5L 38共5个钻孔，并进行了地质、地球物理、地球化学、微生物学和试生产等方面的多学科多方法研究，是目前全球天然气水合物研究程度最高、资料最丰富的地区。“Mallik 2002”项目开展了天然气水合物的短期试生产，共对6个水合物层位进行了降压法试生产并在其中的4个层位取得了成功，同时利用注入约80℃的热流体进行了5天多的加热法试生产，共生产出468 m3的天然气。“Mallik 2002”项目的成功实施是天然气水合物开发利用史上的里程碑，为将来的长期试生产和最终开发利用奠定了基础。随着开发利用研究的不断深入，天然气水合物这一规模巨大的潜在能源有可能在不久的将来为人类社会所用。     

Sediment permeability change on natural gas hydrate dissociation induced by depressurization

The permeability of a natural gas hydrate reservoir is a critical parameter associated with gas hydrate production. Upon producing gas from a hydrate reservoir via depressurization, the permeability of sediments changes in two ways with hydrate dissociation, increasing with more pore space released from hydrate and decreasing due to pore compression by stronger effective stress related to depressurization. In order to study the evolution of sediment permeability during the production process with the depressurization method, an improved pore network model (PNM) method is developed to establish the permeability change model. In this model, permeability change induced by hydrate dissociation is investigated under hydrate occurrence morphology of pore filling and grain coating. The results obtained show that hydrate occurrence in sediment pore is with significant influence on permeability change. Within a reasonable degree of pore compression in field trial, the effect of pore space release on the reservoir permeability is greater than that of pore compression. The permeability of hydrate containing sediments keeps increasing in the course of gas production, no matter with what hydrate occurrence in sediment pore.     

考虑热传导开采天然气水合物藏的可行性研究:以南海神狐海域为例

天然气水合物作为一种新型替代能源,如何有效开发成为当前研究的热点,热激发被认为是除降压法外天然气水合物开采的另一重要途径;然而,目前对于天然气水合物热开采效率及其经济可行性仍没有清楚的认识。本项研究构建了天然气水合物注热开采的模型,该模型经过理想简化,忽略了开采过程中热对流和压力差的影响,只考虑热作用对水合物分解的影响;进一步计算了水合物注热开采的热消耗效率和天然气的能量效益、可研究水合物开采的最大产出效率。通过对南海北部神狐海域天然气水合物藏特征以及钻井取心相关重要参数的研究,计算了天然气水合物的注热开发潜力,并通过相关参数的敏感性计算和分析研究,论证了神狐海域天然气水合物注热开采效率和可行性。研究结果显示,神狐海域水合物藏的单位长度生产井段3 a的最大累积产气量为509 m3,远低于工业开发标准。水合物热激发分解速度缓慢,注热开采水合物生产成本较高,经济效益低下;因此,基于热传导开采南海神狐海域天然气水合物不具备工业应用的可行性。