木里盆地天然气水合物储层岩石传热特性及热能效应研究

天然气水合物原位分解要从周围岩石或开采介质中吸收热量，将引起其周围环境温度降低，减缓或者阻止水合物的继续分解。水合物沉积层岩石的传热特性对水合物原位分解具有重要影响。通过测定木里盆地天然气水合物沉积层岩石传热特性及参数、对所钻天然气水合物试开采井及监测井安装系列温度、压力、气体流速及流量传感器，采用降压、降压与定点热源加热、降压与热液加热等方式进行天然气水合物原位分解试验的方法，进行木里盆地天然气水合物沉积层岩石传热特性及热能效应研究。揭示在特定条件下，木里盆地天然气水合物原位分解速度、气体释放量、开采井压力和温度等的变化规律，反演出木里盆地天然气水合物饱和度、孔隙度、沉积层岩石的传热特性等相关参数。建立木里盆地天然气水合物原位分解过程中天然气水合物、沉积层岩石传热特性与加热介质对水合物原位分解影响的热交换耦合数学模型及热能耗模型，为木里盆地天然气水合物开采方法优选及经济性评价奠定基础。

木里地区永冻层天然气水合物潜在资源量可达（2.71092～2 .99136）×1011m3，木里地区天然气水合物潜在经济价达63480亿元。水合物的分解过程尤其是关于其原位分解过程中沉积层岩石的传热特性及热能耗研究具有十分重要的意义，是决定天然气水合物商业开采的关键技术。.天然气水合物在周围环境不变的条件下，发生分解到一定程度就会减缓分解速度，甚至停止分解。不同的分解方式下其分解的热动力学特性不同，这种分解方式对水合物的自保护性也有很大的影响。因此，该课题结合木里盆地天然气水合物形成的地质条件，通过钻探取样采集天然气水合物沉积层岩样，实验室测试沉积层岩石的传热特性及相关系数。主要的研究内容如下：.（1）研究了木里盆地天然气水合物沉积层岩石的传热特性；.（2）对不同的加热方式及热液循环速度对水合物原位分解特性的影响进行了研究.（3）建立了水合物井内水合物分解与沉积层岩石传热特性及热能耗模型。.（4）利用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件，采用垂直单井注热开采的方法，进行水合物开采潜力和产气效率的数值模拟。.结果表明：在距离恒温加热端相同距离的各测点的温度在最终平衡时，细砂岩岩样的最终平衡温度大于粉砂岩岩样的，说明岩石的导热系数越大T1也就越高，T1越高意味着水合物分解速率qg越大。岩石的含水率越大其导热系数也越大，T1越高意味着水合物分解速率qg越大，这样水合物的分解就越快。岩体在不同方向上的导热系数的差异性随着导热系数的各向异性的增大而增大。.通过数值模拟结果，在注热水速度为144kg/h时，尽管其气水体积比R相对较低，显示出其较低的开采效率，但产气速率QR和累计产气总量VP这两个指标相对较高，其开发潜力高于其他几种情况。在注热水速度为144kg/h、注热水温度为80℃时，在最大的分解时间内，储层内剩余甲烷气体所占比重较低，实际分解的水合物质量占整个模拟系统中天然气水合物总量的17%。从能量效率上讲，即使不考虑开采过程中的热量消耗，在理想模型下注热消耗掉的热能远大于生产出的甲烷所能利用的能量。.认为对木里盆地冻土区天然气水合物藏采用垂直单井注热法开采的开采效率较低，能量利用率较低，不具备经济上的可行性。建议采用“热水段塞+常温水驱替”、注热与降压联合开采，多种开采方法相结合的生产方法，从而提高天然气水合物开采的经济效益。