CO_(2)-CH4置换水合物开采方法及其强化技术研究进展

天然气水合物具有资源储量大、分布范围广等特点,是一种潜力巨大的替代能源,经济、高效、安全地开发天然气水合物是目前研究的热点。CO_(2)-CH4置换水合物开采法既可以置换出水合物储层中的甲烷,同时还将CO_(2)封存其中以保持地层稳定,受到了广泛的关注。本文从CO_(2)-CH4置换的可行性、实验模拟与数值模拟的角度综述了近些年CO_(2)-CH4置换水合物开采法的最新研究进展,并针对置换过程效率低、速度慢等缺点,探讨了改变CO_(2)注入相态、CO_(2)协同小分子气体以及CO_(2)置换联合开采法等强化置换技术,指出了不同强化方法的技术壁垒及应用局限,展望了CO_(2)-CH4置换水合物开采技术的研究方向和发展前景。

天然气水合物微观测试技术与应用进展

天然气水合物作为一种重要的战略资源,其在沉积物中的动态聚散过程非常复杂,涉及的许多科学问题需要从微观层面来解答。微观测试技术可以在毫米、微米甚至纳米尺度上获取研究对象的状态、演化等特征信息,是天然气水合物基础研究的重要手段。本文系统回顾了基于X射线计算机层析扫描(X-CT)、X射线衍射(XRD)、固体核磁共振(NMR)、低场核磁共振(LFNMR)、拉曼光谱(RM)、扫描电子显微镜(SEM)和高压差示扫描量热(HPDSC)等技术建立的天然气水合物微观测试技术体系;重点介绍了各项技术的特点及进展,以及相关微观测试技术在含水合物沉积物微观结构量化表征、微观渗流特征等方面的应用成果与最新进展;提出了天然气水合物微观测试技术与应用的研究方向与趋势,旨在为天然气水合物的深入研究提供更多思路。

低场核磁共振定量测定松散沉积物中含水量的方法

核磁共振通过测定体系中氢质子弛豫的T_(2)谱来确定液态水的含量。采用低场核磁共振技术定量测定松散沉积物体系中的含水量,探讨了沉积物粒径、黏土矿物种类与含量、孔隙水盐度、温度及气体压力等因素对测试结果的影响。由于不同介质体系中孔隙水表面弛豫机制不同,导致低场核磁测定松散沉积物中的含水量偏小。引入校正系数Cm对水量测试值进行了修正,结果表明:沉积物及孔隙水介质本身特性对水量测试结果几乎无影响,相对误差<0.5%,测试精密度<0.20%;温度变化对测试结果影响较大且呈负相关,温度从25℃降至1.7℃,水量测试值增加了10.71%;压力变化对测试结果的影响与充注气体是否含氢密切相关,不含氢气体的压力变化对测试结果没有影响,而对于含氢气体如甲烷,水量测试结果随压力变化线性增加,甲烷增加到5.05 MPa时,测试结果增加了12.15%。因此,在采用该法测量甲烷水合物生成分解过程中沉积物孔隙水的变化时,必须考虑体系的温度、压力对测试结果的影响,恒温恒压条件下监测的含水量变化能够准确指示甲烷水合物生成分解的微观过程,可望在海洋天然气水合物生成分解微观动力学研究方面得到广泛应用。

储层改造对Ⅰ类天然气水合物藏降压开发效果的影响规律

针对目前天然气水合物藏数值模拟器无法精确表征基质和储层改造区传质传热规律的缺陷,在Tough+Hydrate软件中添加了PEBI非结构网格划分模块和基质—储层改造区传质传热计算模块,实现了储层改造辅助降压开发天然气水合物藏的数值模拟。首先对基质和储层改造区分别进行了建模,并根据离散裂缝理论对基质和储层改造区之间的传质传热规律进行了表征,建立了天然气水合物藏储层改造辅助降压开发数值模拟方法。然后以水力压裂储层改造方法为例,研究了中国南海神狐海域试采区天然气水合物藏水力压裂辅助降压开发的产能和物理场变化规律,并对产能影响因素进行了分析。研究结果表明,水力压裂可以加快气水流动相的产出速率和降压速率,进而更充分地利用储层热能和压能促进混合层和水合物层中水合物的分解和产能提升。相比于无压裂方案,水力压裂后峰值产量和长期开发累积产气量的增幅分别可达198.7%和108.1%,但受制于储层热能的大量消耗,降压开发后期水合物分解速率和产能均会出现明显下降,且降压结束后水合物层中仍会剩余大量未分解水合物。裂缝导流能力、条数和半长均会对产能产生较大影响,裂缝导流能力越强、裂缝条数越多、半长越大,降压开发的产能也越高。

海域天然气水合物储层的多场耦合模式及研究进展

海域天然气水合物是重要的清洁能源,实现其安全高效开采战略意义重大。受海域天然气水合物储层非成岩、弱固结、埋藏浅等特征的影响,水合物开采过程中储层处于强烈的多场耦合状态。复杂的多场耦合行为给开采产能和安全风险演化规律预测及其调控方案的制定均带来了巨大挑战。本文围绕南海天然气水合物储层特征并结合降压法开采工程需求,论证了在多场耦合行为分析中考虑固相传质过程的必要性和重要性,提出将传统热(T)-流(H)-固(M)-化(C)四场耦合升级为热(T)-流(H)-固(M)-化(C)-砂(S)五场耦合的新模式,并概述了实现多场耦合行为模拟的基本方法。在此基础上,分别综述了目前在水合物储层流体传质行为、固相传质行为、传热行为、力学变形行为等方面的主要研究进展,梳理了目前天然气水合物开采储层多场耦合基础研究领域的主要瓶颈与发展方向。可为海域天然气水合物开采工程-地质-环境一体化调控实践提供有益的参考。

超声处理对煤层气解吸效果的影响

煤岩吸附解吸性能评价对煤层气的开发十分重要。利用自行设计的煤岩吸附解吸性能评价装置,进行了CH4、CO2、N2等在煤岩中的吸附解吸性能评价。在此基础上,研究了不同参数超声波处理对煤层气解吸效果的影响,分析了超声波促进煤层气解吸的机理。研究表明,煤岩中的气体主要以吸附态和自由态存在,煤岩对不同气体吸附量从大到小依次为CO2、CH4、N2。经超声波处理后,煤层气的解吸速度可提高70%,同时煤层气的解吸量增加。解吸量增加幅度与超声波处理参数有关,随处理功率的增大,解吸量增加,增加幅度可达20%。分析认为超声波的"剥离"作用是超声波提高煤层气解吸效果的机理之一。

页岩膨胀性能评价与拟合模型建立

近年来,页岩气作为一种非常规天然气备受关注。在页岩气藏钻井与生产过程中,页岩膨胀是非常关键的问题之一。在页岩矿物组成分析的基础上,采用实际页岩样品和模拟页岩样品,利用高温高压页岩膨胀仪测量了页岩样品在蒸馏水中的膨胀性能,分析了温度、压力与粘土含量等因素对页岩膨胀性能的影响。结果表明,温度、压力对页岩的膨胀性能均有影响。在实验温度和压力区间内,温度越高、压力越低,页岩在蒸馏水中的膨胀越严重。页岩中的粘土矿物是影响页岩膨胀的最主要因素,粘土含量越高,页岩的膨胀率越大。页岩膨胀性能可以用非线性Log-Normal方程来定量描述。