[发明专利]模拟天然气水合物开采的实验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟天然气水合物开采的实验方法及装置，通过在多 孔介质中生成天然气水合物、采用不同的开采模式进行水合物的三维开采 模拟，属于海洋天然气水合物开采技术领域。

背景技术

天然气水合物广泛分布于大陆岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘 的隆起处、极低大陆架海洋和深水环境，每立方米水合物可储存160～180m³天然气。目前普遍认为，天然气水合物作为一种清洁、高效的能源将在未 来的能源结构中占有重要的地位。天然气水合物作为一种能源资源的勘探 开发受到了世界各国政府和研究机构的高度重视，有关天然气水合物的研 究成为近年来科学工作者研究的热点。

有学者认为地层中天然气水合物聚集类型分为3种(参见文献：Moridis G J，Timothy S C.Strategies for gas production from hydrate accumulations under various geological and reservoir conditions.Proceedings，TOUGH Symposium 2003，Lawrence Berkeley National Laboratory，Berkeley，California， May 12-14，2003)：(i)水合物层上覆在含有自由气和水的气藏之上；(ii) 水合物上覆在自由水层之上；(iii)底层和盖层均为非渗透层的水合物层。对 第(i)种类型而言，可在开采气藏的同时开采水合物，是现阶段最有望实施 开采的水合物储层。西伯利亚Messoyakha气田就是此种埋藏类型，大约有 36％的天然气产量来源于上覆的水合物层(参见文献：Makogon Y F.Hydrate of Natural Gas.Tulsa：PennWell Publishing Co，1981)。加拿大西北部地区 Mallik油田、美国阿拉斯加Prudhoe湾/Kuparuk河区域以及日本Nankai海 槽已进行了现场的钻井和测试，显示了水合物层下面具有自由气层的特征。

天然气水合物常规的开采方法有三种：降压法、注热法和注化学剂法。

降压法即降低体系的压力，使其低于所在温度下水合物的平衡压力。 一般通过降低水合物层下面的游离气体的压力，使与气体接触的水合物变 得不稳定而分解，分解出的气体由井筒采出，分解出的水留在地层中。通 常降压开采适合于高渗透率和深度超过700米的水合物气藏，通过控制天 然气的采出速度可以控制储层压力，进而控制地层水合物的分解。西伯利 亚Messoyakha气田就曾采用这种方案。

注热法也叫热激法，即利用钻探技术在天然气水合物稳定层中安装管 道，通过热流体(热水、水蒸气、热盐水等)将热量输入到水合物层，使 水合物体系的温度上升达到水合物分解所需的温度。如电磁加热法、微波 加热法、火驱法等都是热激法的延伸。

注化学剂法(注抑制剂法)通过向水合物体系里注入抑制剂(如甲醇、 乙醇、乙二醇等)，改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物的稳定温 度或升高稳定压力，使体系的平衡曲线偏移，导致水合物体系不稳定而造 成水合物分解。

目前广泛认为，采用多种开采方法联合开采具有竞争力。Messoyakha 气田就是采用降压和注抑制剂联合开采的方法。探索不同的开采方法、不 同的开采模式，对未来天然气水合物商业化开采具有借鉴意义。

CN 101050697 A与CN 101046146 A分别提出了一种天然气水合物一 维、二维开采模拟实验装置，然而，这些装置并不能模拟实际海底沉积物 中天然气水合物与下伏游离气共生的水合物生成环境。对于天然气水合物 三维开采过程的研究，当前的研究主要是建立数学物理模型、采用数值模 拟方法(参见文献：白玉湖，李清平，李相方，杜燕.下伏气的天然气水合 物藏开采模拟.科学通报.2008年第53卷第18期：2244-2250；左林，由长福. 天然气水合物固定井压开采过程数值模拟.清华大学学报(自然科学 版)2008年第48卷第11期)，缺乏有效的实验模拟手段。