[發明專利]一種開采天然氣水合物的方法

有效

• 申請號: 202110183562.4
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112901121B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 孫漪霏;陳道毅;陳光進;鐘瑾榮;曹博健
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/30;E21B43/16;E21B47/06
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學英

本發明提供一種開采天然氣水合物的方法，包括如下步驟：在天然氣水合物待開采區域建立氣體注入井和生產井；依據天然氣水合物待開采區域的地層滲透率和氣體注入井與生產井之間的井距確定注入井的注入壓力；依據注入壓力，開啟氣體注入井向天然氣水合物待開采區域的天然氣水合物儲層中注入含有二氧化碳的氣體驅替天然氣水合物儲層孔隙流體，氣體注入井、天然氣水合物儲層和生產井連通；從生產井采集產出氣體并監測產出氣體的組成；待產出氣體低于設定值時或采集任務完成時關閉氣體注入井和生產井，完成采集。通過高壓氣體驅替孔隙流體降低孔隙流體相中的天然氣分壓，同時，高壓氣體有效抑制外圍水相侵入，提升開采效果。

技術領域

本發明涉及開采天然氣水合物技術領域，尤其涉及一種開采天然氣水合物的方法。

背景技術

天然氣水合物，即可燃冰，作為一種新興清潔能源，具有分布范圍廣、規模大、能量密度高等特點，被公認為21世紀的重要戰略儲備能源。樂觀估計全球天然氣水合物總資源量達到18-21萬億油當量，其中海域水合物資源儲量約占總儲量的97％，其開發利用已引起美國、日本等主要能源消耗國政府和學術界的廣泛關注。我國具有豐富的海域水合物資源，目前南海北部已探明水合物遠景資源量高達744億噸油當量，已確定2個相當于千億立方米以上天然氣儲量規模的水合物礦藏。不同于常規油氣開發，天然氣水合物以固相形式存在于沉積層中，其開發過程首先涉及天然氣水合物分解為氣相天然氣和液相水的相變過程，進而再從儲層中抽取出天然氣。因此，天然氣水合物開采難度更大，涉及科學問題更加交叉復雜。此外，海域水合物藏一般不具備固定、穩定的上覆蓋層或封閉巖層，孔隙水飽和度高，滲透率隨地質環境變化大，分解過程極具復雜性和不穩定性，使得開發難度進一步增大。目前研究較多的誘發水合物發生分解的方法主要包括降壓、注熱和注熱力學抑制劑。其中，降壓過程產氣效率受傳熱限制導致分解推動力低，且有效波及范圍不足，產水量大，易出砂，因此無法適應長期開發作業；注熱過程熱效率低的問題難以解決；注熱力學抑制劑則面臨成本高，污染性強的問題。此外，由于固態天然氣水合物相作為地層骨架結構的一部分，對地層穩定性至關重要，一旦發生大體量分解，必然出現沉積物塌陷，進而引發地質問題。傳統降壓、注熱和注抑制劑的方法均是采用直接促使天然氣水合物發生分解的思路，這勢必成為實現安全生產的巨大障礙。注CO₂置換是專門針對天然氣水合物開采所提出的技術。在一定的溫度壓力條件下，CO₂水合物相比天然氣水合物更加穩定，CO₂分子能夠從天然氣水合物的大孔結構中置換出CH₄分子，進而實現天然氣產出。該方法的主要優勢在于兼顧了水合物開發和CO₂固態封存，缺點在于天然氣水合物表層發生置換并形成CO₂-CH₄水合物后，將嚴重阻礙后續的置換過程，因此從置換動力學的角度來看不能滿足商業生產。向儲層中注入含有CO₂的混合氣同樣能夠實現置換開采過程，且在實驗模擬中證明了其能夠有效強化置換效率。2012年，美國能源部首次在IgnikSikumi凍土區進行了注CO₂/N₂混合氣開采天然氣水合物的測試。其過程主要概括為：向儲層中單井注入混合氣2.1×10⁵m³，注入時間13天；之后，產出天然氣共計2.8×10⁴m³，生產時間30天。從現場測試結果來看，采用氣體吞吐式開采天然氣水合物存在注氣成本高，大量氣體在孔隙中被重新采出，導致注入氣體利用效率極低，同時由于CO₂水合物直接包裹原有天然氣水合物，導致產期效率不高，產出氣濃度很低。此外該次現場測試還包括氣體注采比低，置換效率低的問題，儲層壓力的大幅度波動也存在地質安全隱患。

由上可知，目前天然氣水合物資源安全高效開發依然亟需新技術、新機制的開發。

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發明內容