冻土区裂隙型天然气水合物CO2/N2置换开采机理及实验研究

In recent years, mechanism study of the nature gas hydrate (NGH)replacement production by CO2/N2 attracts more and more attention from both domestic and international scientist. The international research mainly focused on NGH occurrence in porous media or pure water, however, NGH in Qilian mountain permafrost mainly occurs in fracture media. Difference of the occurrence mode, gas migration mechanism, hydrate saturation, gas and liquid permeability between fractured media and porous media lead to the different mechanism of fractured NGH replacement production. In this project, the classification of fractured NGH based on the characteristic of NGH reservoir will be studied; and the CO2-N2-CH4 phase equilibrium in fracture media will be researched by a restore simulation core; then, the gas migration mechanism of CO2-N2-CH4 mixture gas in NGH fracture media will be obtained by experiment and simulation; finally, the mechanism of CO2/N2 mixture gas replacement production in fracture media will be studied by combining resistivity measurement and gas chromatography analysis. The main innovations of this project as follows: 1) the phase equilibrium study between CO2-N2-CH4 and H2O in fracture media; 2) the migration mechanism of CO2-N2-CH4 mixture gas in fracture media.

CO2/N2置换开采天然气水合物（简称NGH）机理研究是近年来国内外学者的研究热点。国际上的研究多为纯水介质或多孔介质充填型NGH，而我国祁连山冻土区NGH主要为裂隙介质充填型。由于裂隙介质下水合物赋存方式、气体运移机理、水合物饱和度和气液渗透率等均与孔隙介质型有所差别，这些有可能导致CO2置换裂隙介质下NGH的机理有所不同。 项目首先根据木里盆地冻土区NGH储层特点，对裂隙型NGH进行分类研究；基于此分析，制作模拟实验岩心，开展裂隙介质下CO2-N2-CH4相平衡研究；通过实验与模拟，对CO2-N2-CH4混合气体在含NGH的裂隙介质下的运移机理进行研究；最后，通过电阻率和气相色谱联合测试手段，对CO2/N2混合气体对裂隙介质下NGH的置换机理进行研究。 项目的主要创新点：一是CO2-N2-CH4与H2O的相平衡研究；二是CO2-N2-CH4混合气体在含NGH的裂隙介质下的运移机理研究。

天然气水合物作为国际公认最具商业开发前景的新型清洁能源广泛分布于海域沉积物和陆域冻土区，具有能量密度高、分布广、规模大和埋藏浅的特点，开展天然气水合物开发相关研究势在必行，为此，本项目以祁连山冻土区裂隙型天然气水合物为研究对象，首先，对该地区水合物形成机制及埋藏特点进行分析，揭示了裂隙充填型水合物藏的形成机制，以更好地选择有效开采方法和开采参数；然后，测定了CO2/N2/CH4混合气体水合物相平衡条件，并分析了置换压力、水合物饱和度和气体饱和度等参数对置换效果的影响，以选择置换开采参数；接着，引入双孔隙系统分析了裂隙型水合物储层内的气液运移规律，建立了含水合物裂隙系统内气液运移方程，并通过理论计算详细分析了各相饱和度对裂隙储层内气液渗透率的影响，确定全局气液流动主要受裂隙分布控制；最后，开展了CO2/N2置换开采裂隙型CH4水合物实验研究，分析了水合物产状、系统中水饱和度、置换压力和置换介质等因素对置换开采的影响机制，揭示了裂隙型天然气水合物置换开采机理。本项目的研究成果可为陆域冻土区水合物的勘探开发提供理论指导。