天然气水合物藏注热开采可行性研究

With the increasing tension of energy supply, governments all over the world have paid attention to the studies on properties and exploitation technology of natural gas hydrate. Heat injection is one of the effective ways of hydrate exploitation. Scholars at home and abroad have conducted preliminary dynamic research on the dissociation of natural gas hydrate by heat injection, but influence factors and behaviors of hydrate dissociation have not yet been studied systematicly. A physical model is developed to simulate hydrate reservoirs under the marine geological conditions. At first,the formation of hydrate in different initial conditions is simulated in the sand-packed tube. Then, inject hot brine to decompose the natural gas hydrate. The geological parameters(including initial saturation, initial temperature,initial permeability et al.)and injection parameters (including heat injection temperature, heat injection rate, injection heat, salinity,et al.) influencing production behavior are analysed. The main influence factors and regulations are summarized. In addition, according to the results of the experiments and heat transfer theory analysis, thermal dissociation front movement speed model is established,and the rules of the movement are analysed. Finally, energy efficiency and feasibility on dissociation of different kinds of hydrate reservoir by heat injection are evaluated. The research results provide important theoretical support for hydrate production in the future.

随着能源供应的日益紧张，对天然气水合物性质及开采技术的研究已引起世界各国政府的高度重视，注热开采是目前提出的天然气水合物藏的有效开采方式之一。国内外学者已初步进行了注热开采的动态研究，但对注热开采的影响因素及可行性尚未进行系统研究。本项目模拟海洋地质条件，首先在填砂模型中模拟生成各种不同初始条件的水合物藏，然后通过注入热水进行注热开采的物理模拟实验，分析水合物藏地质参数（包括初始水合物饱和度、初始温度、初始渗透率等）和注热参数（包括注入热水温度、注热水速度、注热量、注热水盐度等）对水合物分解产气量及其他动态指标的影响，得到天然气水合物藏注热开采的主要影响因素及规律；同时根据实验结果和传热学理论分析，建立热分解前缘移动速率模型；最后进行天然气水合物藏注热开采的能量效率分析，评价不同类型水合物藏注热开采的可行性，从而为今后天然气水合物藏的注热开采提供重要的理论依据。

注热法是天然气水合物藏的一种有效开采方法。本课题研究不同水合物藏地质参数、不同注热参数情况下水合物藏注热开采动态及可行性，从而为今后天然气水合物藏的注热开采提供参考和依据。. 对不同地质参数的水合物藏进行注热水开采实验，结果表明：水合物注热开采过程一般都可以分为3个阶段：水驱自由气，水合物大量分解及降压分解阶段。水合物饱和度主要影响自由气、分解产气规律。水合物饱和度越高，渗流阻力越大，产气速度越小，实验中当水合物饱和度达到64%时，模型内分解产生的气、水难以产出，压力持续升高。水合物藏初始温度主要影响注热分解驱动力，初始温度高则所需的分解驱动力小，水合物更容易分解。水合物藏初始渗透率对产气速度影响明显，初始渗透率大则对应的产气速度快，对注热开采更有利。. 对相同的水合物藏，用不同的注热参数进行开采实验，结果表明：注热水速度影响多孔介质内气、水流动，当注热水速度为25ml/min时，模型内出现水堵效应，压力上升，生产井产气速度下降，注热开采效果变差。水合物分解速度随着注热水温度的升高而增大，但同时热损失也增加。注热水盐度的增加使得系统的相平衡条件向高压低温方向移动，水合物更容易分解，故分解速度和产气速度增加。累积产气量随着注热量的增加而增加，但增加幅度减小，结合能量效率分析，实验条件下注热量为 482KJ时开采效果最佳。. 实验发现温度比电阻率能更有效地监测热前缘。对热前缘移动影响较大的因素有：NGH饱和度、初始渗透率、注热水速度和注热水盐度。在实验分析基础上，建立了能量守恒的热前缘移动模型。. 能量效率和可行性综合分析结果表明，水合物饱和度、注热水速度、注热水温度、注热量存在优选值，实验条件下，水合物饱和度48%，注热水速度25ml/min，注热水温度为120℃，注热量为482KJ时平均能量效率最高，开采效果最佳。而初始温度越高、初始渗透率越大、注热水盐度越高，能量效率越大，注热开采效果越好。