天然气水合物注热开采能量分析.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第5期天然气工业天然气水合物注热开采能量分析*张卫东刘永军任韶然王瑞和(中国石油大学·华东)张卫东等．天然气水合物注热开采能量分析．天然气工业，2008，28(5)：77—79．摘要天然气水合物储量巨大、清洁环保，作为一种潜在战略能源逐渐受到了重视。综述了天然气水合物开采方式并进行了分析，认为由于水合物以固体形式存在，原始状态下渗透率极低，压力传播范围十分有限，降压法开采面临一定的困难；考虑了加热法开采水合物过程中地层内的所有吸热因素，把水合物加热分解过程分为了三个阶

2、段；计算了各部分吸收热量占注入热量的比例。结果表明：注热开采水合物的大部分能量被非水合物升温所消耗，因此提供足够的热源是水合物开发的关键。针对海底水合物开采所需要大量能量供给的状况提出了两种经济廉价的热源。主题词天然气水合物开采热能1．水合物的相变焓一水合物开采方法综述、水合物的分解是一个吸热过程。水合物的分界综合各种天然气水合物开采的方法，主要包括：热可以利用水合物相平衡数据及其他数据来计算得加热法、降压法、化学剂法、置换法_l]。各种开采技到。气体水合物的分解热可以用克拉贝隆方程求术都有其本身的局限性：加热法热损失大、

3、效率低；得：降压法开采速度慢，化学剂法费用昂贵；置换法如何dp△H如。．——保持置换反应进行的连续性等关键技术仍没有解决等。采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济实验室测得的△H如。为62．83kJ／mol。的，只有结合不同方法的优点才能达到对天然气水2．水合物分解过程描述合物的经济有效地开采。对于地层中水合物的热分解过程作了如下在上述开采方法中，多数研究人员认为热激发描述。中的注热水与降压开采是经济上可行的开采水合物热量注入地层后，地层由初始温度T。开始上的方法。水合物的固态赋存状态使饱和水合物的地升。假设整个地层均质

4、，且热平衡。当地层温度达层渗透率比较低，压力传播十分有限。若仅依靠压到T时，地层中水合物开始分解。如图1中水平力的降低促使水合物的分解，将很难达到商业开采段，水合物在分解过程中系统温度保持不变。直到所要求的分解速率。因此，将降压与注热结合的开系统中所有水合物分解完毕，系统温度继续上升。采方式对水合物藏进行开发是开采天然气水合物的为防止分解后的产生的天然气与地层水重新结合成可行性方法之一。水合物生成和分解过程中伴随着水合物，地层最终温度必须高于临界水合物分解温能量的变化，下面就水合物开采的能量进行分析。二、水合物开采能量分析

5、水合物分解热大约为62．83kJ／moll_3]，考虑到王地层吸收得热量与输热中的损失，商业开采水合物图1理想状态下水合物分解过程系统温度变化图需要极大的能量供应。*本文受到国家“863’，基金项目(编号：2006AA09A209)和中国石化“天然气水合物开发前期研究项目”(编号：P06070)的资助。作者简介：张卫东，1968年生，副教授；主要从事天然气水合物开采及储层稳定性研究工作。地址：(257061)山东省东营市中国石油大学(华东)石油工程学院。电话：(0546)8394665。E—mail：wdzhang@hdp

6、u．edu．cn·77·维普资讯http://www.cqvip.com天然气工业2008年5月度T。此温度与水合物藏的天然气产量等因素有Vh一Sh(13)关。假设最终地层温度稳定为T，在此温度下水合V一(1～sh)(14)物分解产生的天然气和水渗流到生产井底，开采至Vd一phVhNMmw(15)+地面。3．热分解能量模型由于气体体积受压力温度影响较大，则水合物根据上述描述过程，可以建立水合物热分解能分解后产生天然气升温所吸收的热量可以写为：量模型。Q一C(T一T)=：=C(Tt—T)假设系统中仅存在岩石、水合物、水3种组

7、分。(16)岩石孔隙度为，水合物饱和度为Sn，其余空间为地=：=VhM—(17)~N—M层水所饱和。~w水合物分解所需要的热量：、(1)水合物分解第一阶段(地层温度从T。上升到T。时)QdissphVn△ss靠8)W=Qh+Q+Q(2)将各组分体积因素代入式(4)，并进行合并与简(2)水合物分解第二阶段(水合物分解阶段)化，可以得到水合物分解能量方程：在此阶段，地层温度保持恒定，外界提供能量仅W一(T一To)[fDC(1一Sh)+fDCV(1一)]+供水合物分解，故垒璺堕一4-~hV9Sh(NMw~MgCg)(Tt-Tc)

8、．W2一QdiS(3)M+NMMg+NM(3)水合物分解第三阶段(分解后继续升温(19)阶段)式(19)即为水合物分解能量方程。在此阶段系统中水合物已经全部分解，系统中4．模型分析仅存在地层岩石、水和天然气三种组分。(1)甲烷水合物地层各组分性质W。一W。z+Q。+Q(4)根据ODP、DCDP、IODP