天然气水合物开采研究现状

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷天然气水合物开采研究现状安青,许维秀(荆楚理工学院化工学院,湖北荆州448000)摘要:比較了降压法、热激发法和化学试剂法等目前最主要的开采水合物气藏方法的机理以及各自的优缺点,提出了今后研究工作的发展方向关键词:天然气水合物;降压法;开采中图分类号:TE37文献标识码:A文章编号:1003-3467(2008)06-0010-03Research Status on Exploitation of Natural Gas HydrateAN Qing, XU Wei-xiu(Institute of Chemical Engineering, Jingchu College of Science and Technology, Jingzhou 448000, China)Abstract: The principles, strongpoint and drawback of several detection techniques for marine gas hydrate, such as depressurization method, thermal excitation method and chemical -agent technique, are dis-cussed concisely. The development direction of the research work in the future is proposedKey words: natural gas hydrate; depressurization method; exploitation天然气水合物是近年来引起世界各国广泛关注马更些( Mackenzie)冻土区位于加拿大西北地区,是的一种新型能源。由于天然气水合物资源在全球分世界上最著名的天然气水合物产地之一,也是加拿布极广,而且数量巨大,已被公认为是21世纪最理大最重要的含油气盆地之一。在Malk地区已相继想的潜在的、非常规的、最具开发前景的新能源;因钻探了L-382L-38,3L-38、4L-38和5L-38此,对天然气水合物开采的研究具有非常重要的意共5个钻孔,并进行了地质地球物理、地球化学、微义,可为今后现场进行大规模的开采水合物气藏提生物学和试生产等方面的多学科、多方法研究,是目供科学的理论支持和可行性技术评价前全球天然气水合物研究程度最高、资料最丰富的1甲烷水合物矿藏开采的特点地区。但其“Mlik2002”项目仅开展了天然气水合物的短期试生产,这次试生产并未考虑商业可行性常规矿藏的开采不外乎固体矿藏的开采与流体仅生产出468m3的天然气矿藏的开采。天然气水合物虽以固体形式存在,但目前大多数有关天然气水合物开发的思路基本由于其常温常压下不稳定的特性,故其是不可移动上都是首先考虑如何将蕴藏于沉积物中的天然气水和渗透的难以开采。而在目前的技术条件下,对天合物进行分解然后加以利用。由于天然气水合物然气水合物的开采通常是把水合物分解为可流动的稳定带的形成需要一定的温度、压力条件(温度0~流体,才能从常规气井中进行生产,这样的常规天然10℃以下,压力10MPa以上),人为的打破这种平气水合物用如下的分解形式表示:衡,造成天然气水合物的分解,是目前开发天然气水CH4·nH2O(s)—CH4(g)+nH2O(1)合物中甲烷资源的主要方法。到目前为止,全球范围内都还没有在真正意义2天然气水合物中开采天然气的方法上的开采天然气水合物,所谓的工业性生产仅仅是种初期的尝试。1972年在 Prudhoe Bey油田的221热激发法号探井上,曾借助于减压开采发现了一个含水化物热激发法是利用钻探技术在天然气水合物稳定若层试生产期间,该井的产出量仅为104md。层T中国煤化工勿的地层进行加热,收稿日期:2008-02-27HCNMHG作者简介:安青(1966-),女讲师,主要从事石油化工教学与科研以及天然气水合物相关技术研究工作电话:13451219830。第6期安青等:天然气水合物开采研究现状提高局部储层温度,破坏水合物中的氢链,从而造成大规模的天然气水合物开发。但是单一使用减压法天然气水合物分解,再用管道收集析出的天然气。开采天然气速度很慢,并且降压开采一般不用于储主要是将蒸汽、热水或其它热流体从地面泵入水合层原始温度接近或低于0℃的水合物气藏,以免分物地层,也可采用开采重油时使用的火驱法或利用解出的水结冰堵塞气层。钻柱加热器。热开采技术的主要不足是会造成大量降压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发的热损失效率很低,特别是在永久冻土区,即使利经济效益非常明显因而可能成为今后大规模开采用绝热管道,永冻层也会降低传递给储集层的有效天然气水合物的有效方法之热量。实践证明,电磁加热法是一种比常规加热方2.3化学抑制剂法法更为有效的方法,并已在开采重油方面显示出其通过注入抑制剂(如甲醇、乙二醇、丙三醇等)有效性,其中最有效的方法是微波加热的方法。另以改变储层温压平衡造成部分天然气水合物的分种热激发开采的思路是俄罗斯专家提出的,主要解,改变天然气水合物稳定层的温压条件,使该层位是针对开采海洋水合物矿体,即在热力作用下水合的天然气水合物不再稳定。近年来国外正在开发的物在井底分解将沉积物破坏把带有天然气和水合动态抑制剂和防聚剂,它们抑制水合物形成的机理物的矿浆运到开采船上。与传统的热力学抑制剂不同加入量少,一般浓度低热激发法是研究最多、最深入的天然气水合物于1%,可节省一半的化学试剂使用费用。该方法开采技术,但是这些方法的应用各有其优点和不足。十分简单使用方便;但缺陷是费用昂贵作用缓慢,例如,蒸汽注入和火驱技术在薄水合物气层的热损不宜开采海洋水合物。若将它与降压法配合使用失很大,只有在厚段(大于15m)水合物气层,热效仍有很大潜力。室内试验表明,天然气水合物的溶率较高,注入热水的热损失较蒸汽注入和火驱小,但解速率与抑制剂浓度、注入排量压力抑制液温度水合物气层内水的注入率限制了该方法的使用。采及水合物和抑制剂的界面面积有关。麦索亚哈气田用水力压裂工艺可改善水的注入率但由于连通效水合物气层的开采初期,有两口井在其底部层段注应,又要产生较低的传质效率入甲醇后其产量增加了6倍;在美国阿拉斯加的永2.2降压法冻层水合物中做过实验,在成功的移动相边界方面天然气水合物的降压开采技术是利用降低天然比较有效,获得明显的气体回收6气水合物沉积压力来促使天然气水合物分解。一般相比之下,热盐水注水开采水合物中天然气的是通过钻井井眼的压力降或在水合物层之下的游离技术稍为成熟。它的主要特点有热载体能级低;用气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气于储层加热及水合物分解所耗能量小;热损失低;气囊”,与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解产量高热效率大。另外它不会出现采气过程中水为天然气和水;也可以通过采取矿层中流体的方法合物二次生成而诱发孔隙堵塞和井眼堵塞等问题。来降低水合物矿层的层压。如果天然气水合物气藏热盐水注采技术的施工设计要求有:①盐水含盐度与常规天然气藏相邻,降压开采水合物气的效果特对能量效率比的影响很大。为提高效果,应尽量提别好。前苏联的麦索亚哈水合物气田就是采用这种高含盐度或采用稠化盐水的方法使用超饱和度盐技术开采的即首先开采下伏游离气体随着游离气水。②能量效率比和气产量随注入排量增大而增体的不断减少,天然气水合物与气之间的平衡不断加。盐水的注入排量应大于795m3/d。③最佳注受到破坏,使得天然气水合物层开始融化并产出气人温度需考虑热效应,过高或过低都会带来不良后体,不断补充到下伏的游离气气库中直到天然气水果。若采用地热储层的热盐水,地热层温度便是盐合物开采完为止。通常降压开采适合于高渗透率和水温度的上限盐水温度一般在1212-204℃之间。深度超过00m的水合物气藏,若气体中含有重烃④天然气水合物储层的孔隙度至少应在15%。⑤则需要较高的压力降。另外,通过调节天然气的提天然气水合物产层厚度不应低于75cm。取速度可以达到控制储层压力的目的,进而达到控2.4置换法制水合物分解的效果。中国煤化外,发展种化学与热激发法相比,降压开采水合物无热量消耗置换物质(如CO2)将和损失,可行性较高,其特点是经济简便易行无需水合H。CO2与CH4的增加设备,是所有开采方法中的首选方法,更适合于水合物均为结构1型发生在CO2与CH水合物之河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2008年第25卷间的置换反应方程式为:甲烷气的释放是天然气水合物开发的目的,但CO2+CH4·nH2O→CH+CO2·nH2O也可能是造成灾难的起因,因为天然气水合物是极CO2与H2O的化学亲和力大于CH4与H2O之易分解的不稳定物质。在海底和冻土带,天然气水间的亲和力,这有利于反应向正方向进行。 Kazunari合物钻探必然会破坏天然气水合物地层的稳定性,Ohgaki等在实验研究中发现,当置换实验在某条从而造成甲烷泄漏,并引起海床倾斜塌陷、沿岸滑坡件下达到平衡时,水合物中CH4的物质的量分数下和重置等严重的地质灾害。降到0.48;而气相中CH4的物质的量分数达070天然气水合物开采中的风险更大。这是因为1即CH4在气相和水合物相的分配系数为1.458。关个单位体积的水合物分解后可产生164个单位体积于置换反应的技术,具有不同的设想。 Megrail等在的甲烷气,开采过程中任何一个环节的失误都可能实验中从反应器的一端注入CO2,再从另一端提取引起巨大的灾难。至今人们还未能找到一种安全可气体以模拟现场置换开采中的注入井与采出井。行的天然气水合物开采方案经分析发现取出的气体不含CO2。若有气体分子目前,基于对天然气水合物勘探开发潜在风险穿过水合物层,穿行的同时进行置换反应,那么在取的担心,对于能否把天然气水合物作为未来能源,世样侧不可避免有CO2。自然赋存的天然气水合物,界各国普遍心存疑虑,不敢贸然行事通常不是整块的致密性水合物固体,而是与沉积物及盐水共存的固体或浆状物。其渗透性比实验室制4小结成的水合物好,在压力差的作用下,从注入井连续不前苏联麦索雅哈气田的生产实践表明,永冻层断地注入CO2,从采出井不断的抽出CH4,可实现连地区的天然气水合物形成深度总是浅于常规气藏的续化生产,应该是比较好的方案。但是用CO2置换深度,它可以作为盖层封闭其下面的常规天然气。开采天然气水合物中的CH4,目前的技术方案,反应浅层的海底天然气水合物和周围的沉积物可以形成速率仍然太小。将本设想成为现实可行的一种天一个封闭性极好的盖层,为大陆斜坡和陆隆区形成然气水合物开采方法,还有待反应技术的突破。的天然气提供良好的聚集条件,其天然气水合物层2.5其它之下可能形成大型的常规气藏。因此,开发天然气根据有关研究结果可能还有另一种开发天然水合物不是单一的资源开发而是一种综合利用。气水合物生产能源的方法。对于在深海中的传统气通过上文比较降压法不需要昂贵的连续激发经济体矿床通过钻井手段获取应该是可行的但是因为效益非常明显因而可能成为今后大规模开采天然大陆斜坡的不稳定和需要铺设的管道很长等原因所气水合物的有效方法之一。产生的技术和经济方面的问题有可能使得人们难参考文献以用这种手段来利用天然气水合物资源,更重要的[1]张金吕天然气水合物勘探开发:从马里克走向未来是管道在冰冷的深海中易于形成管塞,因此,可以采[刀].地质通报,2005,(7):4-7用在深海中使天然气水合物颗粒化,或将天然气水[2]史斗,郑军卫,世界天然气水合物研究开发现状和合物装入一种可膨胀的软式气袋(其内部保持天然前景[门].地球科学进展,199,14(4):330-39气水合物稳定所需的温压条件)中,再用潜水艇把[3]蒋国盛,王达,汤风林,等,天然气水合物的勘探与天然气水合物拖到大陆架附近的浅水地区,在那里开发[M]武汉:中国地质大学出版社,2002.138.使天然气水合物缓慢地分解[4]方银霞金翔龙黎明碧.天然气水合物的勘探与开发技术[门].中国海洋平台,2002,17(2):11-153天然气水合物勘探开发的风险[5] Darvish M P. Gas production from hydrate reservoirs andits modeling[ P]. SPE 86827, 2004面对天然能源日渐枯竭的现实,作为巨量甲烷[6]周怀阳,彭晚彤,叶瑛.天然气水合物勘探开发技术资源的天然气水合物确实展示了一幅诱人的前景。研究进展[打]地质与勘探,2002,38(1):70-73但开发这种巨量的天然气水合物能源也潜伏着极大[7]王达庞馨萍李常茂关于天然气水合物开发问题的风险。在其生命周期中,甲烷气在大气层中产生中国煤化工的温室效应是等量CO2的20倍,这种温室效应会[8]decomposition of CO,使地球两极冰层全部融化大片陆地将会淹没而大CNMHs[J]. J Chem E气环境也会改变甚至被完全破坏。Japan,1997,30(2):310-314