一种新型CO_2置换CH_4水合物的开采方法

天然气水合物储量巨大,是未来极具开发潜力的清洁能源。CO_2置换法兼具能源开采与温室气体封存的双重功效,但通常CO_2对CH_4的置换速率非常低。为此,结合抑制剂存在条件下CH_4水合物和CO_2水合物具有不同的热力学稳定性这一特点,提出并通过实验证实了一种可用于开采天然气水合物的新方法,它将CO_2置换法与注热力学抑制剂的工艺相结合,实现了CH_4水合物分解过程的加速。通过岩心驱替实验,对比考察了两类3种常见CH_4水合物热力学抑制剂（甲醇、氯化钠和氯化镁）的作用效果。实验结果表明：在甲醇溶液作用下,CH_4水合物分解速率高达0.011 94 mol/h,远高于电解质盐溶液的作用效果（分别为0.000 86 mol/h和0.001 41 mol/h）。选择甲醇溶液作为水合物分解加速剂,通过前期注入甲醇溶液段塞、后期连续注入CO_2的方式,使得CH_4水合物分解率超过92%,且实现了CO_2气体以水合物形式的封存固定,最终CO_2水合物的生成量占到初始甲烷水合物总量的16%～27%。

热力学抑制剂与CO_2同注开采天然气水合物的实验研究

为解决CO_2置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)过程中出现的置换速率慢、置换程度不高等问题,提出了将CO_2置换法与热力学抑制剂法组合使用的技术思路,即"抑制剂—置换法"。在实验室利用填砂管模型在岩心驱替装置上测定了CO_2与不同浓度的甲醇溶液在同注的情况下CH_4水合物的分解效果。结果表明:(1)甲醇的浓度对水合物开采效果起着决定性作用,甲醇溶液浓度越小,CH_4水合物的分解越弱,其变化趋势表现为以CH_4水合物的分解为主导转变为以CO_2水合物的生成为主导;(2)当CO_2与浓度为20.8%的甲醇溶液同注时,主要发生CH_4水合物的分解,CO_2水合物几乎不生成;(3)当CO_2与浓度为15%的甲醇溶液同注时,既发生CH_4水合物的分解,也发生CO_2水合物的生成;(4)当CO_2与浓度为10%的甲醇溶液同注时,CH_4水合物几乎不分解,主要发生CO_2水合物的生成。结论认为,"抑制剂—置换法"可促进CH_4水合物的分解,提高其开采效率。

甲醇与CO_2/CH_4混合气开采天然气水合物研究

针对CO_2置换法开采CH_4水合物的过程中CO_2水合物在井底过早生成、高压下CO_2发生液化导致渗流过程驱替阻力过大等问题,同时为了获得高压且富含CH_4的产物气,选择CO_2/CH_4混合物作注入气,在岩芯驱替装置上研究了"抑制剂-气体置换法"分解CH_4水合物的过程。结果表明,当混合气中CH_4体积分数为57.4%时,可在7.5 MPa下获得体积分数为72.9%的CH_4产物气,并且获得的CH_4产物气的量要显著大于所注入的CH_4的量。另外,还评估了在地层深部低体积分数的甲醇溶液(20%)和高体积分数CH_4混合气(77.9%)对天然气水合物的分解效果,结果显示,随着"抑制剂-气体置换法"分解天然气水合物过程的进行,地层深部的CH_4水合物基本不发生分解,但CO_2水合物生成过程依然十分显著。