[发明专利]一种开采天然气水合物的方法

说明书

本发明提供一种开采天然气水合物的方法，包括如下步骤：在天然气水合物待开采区域建立气体注入井和生产井；依据天然气水合物待开采区域的地层渗透率和气体注入井与生产井之间的井距确定注入井的注入压力；依据注入压力，开启气体注入井向天然气水合物待开采区域的天然气水合物储层中注入含有二氧化碳的气体驱替天然气水合物储层孔隙流体，气体注入井、天然气水合物储层和生产井连通；从生产井采集产出气体并监测产出气体的组成；待产出气体低于设定值时或采集任务完成时关闭气体注入井和生产井，完成采集。通过高压气体驱替孔隙流体降低孔隙流体相中的天然气分压，同时，高压气体有效抑制外围水相侵入，提升开采效果。

技术领域

本发明涉及开采天然气水合物技术领域，尤其涉及一种开采天然气水合物的方法。

背景技术

天然气水合物，即可燃冰，作为一种新兴清洁能源，具有分布范围广、规模大、能量密度高等特点，被公认为21世纪的重要战略储备能源。乐观估计全球天然气水合物总资源量达到18-21万亿油当量，其中海域水合物资源储量约占总储量的97％，其开发利用已引起美国、日本等主要能源消耗国政府和学术界的广泛关注。我国具有丰富的海域水合物资源，目前南海北部已探明水合物远景资源量高达744亿吨油当量，已确定2个相当于千亿立方米以上天然气储量规模的水合物矿藏。不同于常规油气开发，天然气水合物以固相形式存在于沉积层中，其开发过程首先涉及天然气水合物分解为气相天然气和液相水的相变过程，进而再从储层中抽取出天然气。因此，天然气水合物开采难度更大，涉及科学问题更加交叉复杂。此外，海域水合物藏一般不具备固定、稳定的上覆盖层或封闭岩层，孔隙水饱和度高，渗透率随地质环境变化大，分解过程极具复杂性和不稳定性，使得开发难度进一步增大。目前研究较多的诱发水合物发生分解的方法主要包括降压、注热和注热力学抑制剂。其中，降压过程产气效率受传热限制导致分解推动力低，且有效波及范围不足，产水量大，易出砂，因此无法适应长期开发作业；注热过程热效率低的问题难以解决；注热力学抑制剂则面临成本高，污染性强的问题。此外，由于固态天然气水合物相作为地层骨架结构的一部分，对地层稳定性至关重要，一旦发生大体量分解，必然出现沉积物塌陷，进而引发地质问题。传统降压、注热和注抑制剂的方法均是采用直接促使天然气水合物发生分解的思路，这势必成为实现安全生产的巨大障碍。注CO₂置换是专门针对天然气水合物开采所提出的技术。在一定的温度压力条件下，CO₂水合物相比天然气水合物更加稳定，CO₂分子能够从天然气水合物的大孔结构中置换出CH₄分子，进而实现天然气产出。该方法的主要优势在于兼顾了水合物开发和CO₂固态封存，缺点在于天然气水合物表层发生置换并形成CO₂-CH₄水合物后，将严重阻碍后续的置换过程，因此从置换动力学的角度来看不能满足商业生产。向储层中注入含有CO₂的混合气同样能够实现置换开采过程，且在实验模拟中证明了其能够有效强化置换效率。2012年，美国能源部首次在IgnikSikumi冻土区进行了注CO₂/N₂混合气开采天然气水合物的测试。其过程主要概括为：向储层中单井注入混合气2.1×10⁵m³，注入时间13天；之后，产出天然气共计2.8×10⁴m³，生产时间30天。从现场测试结果来看，采用气体吞吐式开采天然气水合物存在注气成本高，大量气体在孔隙中被重新采出，导致注入气体利用效率极低，同时由于CO₂水合物直接包裹原有天然气水合物，导致产期效率不高，产出气浓度很低。此外该次现场测试还包括气体注采比低，置换效率低的问题，储层压力的大幅度波动也存在地质安全隐患。

由上可知，目前天然气水合物资源安全高效开发依然亟需新技术、新机制的开发。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容