天然气水合物形成机理与开采方式

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010矩天然气技术Vo1．4．NO．1第4卷·第1期NaturalGasTechnologyFeb．2010文章编号：1673—9035(2010)01—0063—03夭然气水合物形成机理与开采方式徐兴恩蒋季洪白树强陈玉峰刘金晶(1．中国海洋石油上海分公司，浙江宁波315800；2．中国石油四川销售仓储分公司104油库，四川成都610083；3．中国石油大港油田第六采油厂，河北黄骅061100；4．中国石油冀东油田钻采工艺研究院，河北唐山063004)摘要天然气水合物是蕴藏于海洋大陆架及陆地永久冰土带的碳氢化合物，将来可能成为人类

2、的重要能源之一。为此，阐述了天然气水合物的分布和形成机理，对比研究了天然气水合物的降压法、热采法、化学试剂法、水力压裂法等几种不同的开采方式，提出了尽快开展室外天然气水合物钻采方法研究以及我国南海和东海海区天然气水合物勘查研究工作的建议。关键词天然气水合物形成机理开采方式钻采方法中图分类号：TEl22．2文献标识码：A0引言过程描述如下：H20+A2A—}A^2nH20(1)天然气水合物是在低温、高压条件下由水和天然气(主要是甲烷)组成的非化学计量的笼形结晶化式中：A为气体分子A的孔穴常数；n为水合物形成合物，透明无色、似冰，俗称“可燃冰”、“气冰”、的摩尔分子数。“

3、固体瓦斯”，其广泛分布于海洋大陆架的沉积物和由于基础水合物间存在空的孔穴，一些气体小陆地的永久冻土带中，常温下可分解出天然气。在分子，如Ar、N、0、CH等会吸附于其中，导致水标准状况下，1单位体积的天然气水合物分解最多可合物的非化学计量性。产生164单位体积的甲烷气体，是一种重要的潜在资天然气水合物的生成是晶核形成和晶体成长的源。过程。在动力学上，天然气水合物的形成分为3步：①具有临界半径晶核的形成；②固态晶核的长大；1天然气水合物形成机理③组分向处于聚集状态晶核的固液界面转移。天然气水合物的形成有3个基本条件：①温度晶核的形成比较困难，一般都包含1个诱导期，不能太

4、高；②压力要足够大，0℃时30个大气压以当过饱和溶液中的晶核达到某一稳定的临界尺寸，上可生成；③地下要有气源。系统将自发进入水合物的快速生长期[11。在一定压前苏联学者首先提出气体水合物属于固体溶液力条件下，当温度过低达到一定摄氏度时，天然气的假设，认为气体水合物是水分子与气体分子构成水合物结晶即可形成。诱导时间与过冷程度的经验的络合物，按照固体溶液理论，由水分子构成的结函数关系式(诱导时间为水与客体分子接触到形成水晶体晶格是“溶剂”，而气体分子则被看作是“溶合物晶核这一过程所需的时间)如下：质”。l=1．84(△一7．49)(2)在生成水合物时，体系中存在两种平衡，

5、即准AT=一(3)化学平衡和气体分子在孔穴中的物理吸附平衡。首先通过准化学反应生成化学计量型的基础水合物。式中：r为诱导时间，min；AT为过冷度，℃；为收稿日期：2009—10—13修订日期：2010—01—06本义受到四川省科技攻关计划(中俄合作)项目(编号：05GG021—021)的资助。作者简介：徐兴恩(1978一)，I程师，从事天然气水合物及天然气处王甲方面的研究I作。E—mail：weina8081@163．t2onl天然气技术／63学兔兔www.xuetutu.com第4卷徐兴恩，等：天然气水合物形成机理与开采方式第1期度竺定力下水合物的平衡温度，℃；为

6、实验温2．1降压法一⋯，。水合物的形成过程与周围环境及水的状态有通过降低压力使天然气水合物稳定的平衡曲线关，在融化的冰中最容易生长并聚集。移动，从而达到促使水合物分解的目的。一般是在水合物层下的游离气聚集层中“降低”天然气压力2天然气水合物开采方式或形成1个天然气空腔(可由热激发或化学试剂作用天然气水合物在地层储存环境(低温、高压)下人为形成)，使水合物变得不稳定并分解为天然气和以固体状态存在，而在开采过程中由于减压或升温水。开采水合物层下的游离气是降低储层压力的一的原因，将分解成水和天然气。天然气水合物的开种有效方法。降压法最大的特点是不需要费用昂贵发必须控制固体向

7、液体、气体的分解，控制采收过的连续激发，因而其可能成为今后大规模开采天然程中分解的气体和水会再次形成天然气水合物。这气水合物的有效方法之一。但是仅使用降压法开采是天然气水合物开采的技术难点。天然气速度很慢。天然气水合物的开发技术目前尚处于实验阶通常降压开采适合于高渗透率和深度超过700ITI段，唯一的工业开采案例是前苏联麦索雅哈天然气的水合物气藏，若气体中含有重烃就需要较大的降水合物气田。目前，大多数天然气水合物的开发思压。另外通过调节天然气的开发速度可以达到控制路基本上都是首先考虑如何使蕴藏在沉积物中的天储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果