天然气水合物的开采方法

天然气水合物的开采方法

天然气水合物的开采方法

天然气水合物的开采是很大的难题。通用的方法是先用各种方法将水合物分解再回收游离的气体。前苏联的麦索亚哈水合物气藏最早进入了试验性工业开采。2001年10月～2002年3月，在加拿大的Mallik气藏钻了一口生产试验井和两口观察井，成功地进行了为期79d的降压开采和加热开采试验。目前提出的天然气水合物的开采方法基本上还是概念性的，这方面的研究尚处于试验阶段。

1 热力开采法

热力开采法又称热激法。是研究最多、最深入的天然气水合物开采技术。其利用钻探技术在天然气水合物稳定层中安装管道，对含天然气水合物的地层进行加热，提高局部储层温度，破坏水合物中的氢链，从而促成天然气水合物分解，再用管道收集析出的天然气f见图1。对含天然气水合物的地层加热有两种途径：一是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体通过地面泵注入水合物地层：二是采用开采重油时使用的火驱法或利用钻柱加热器。

热开采技术的主要缺陷是会造成大量热损失，效率很低，特别是在永久冻土区，即使利用绝热管道．永冻层也会降低传递给储集层的有效热量。蒸汽注入和火驱技术在薄水合物气层的热损失很大，只有在厚段(大于15m)水合物气层热效率较高。注入热水的热损失较蒸汽注人和火驱小，但水合物气层内水的注入率限制了该方法的使用。采用水力压裂工艺可改善水的注入率，但由于连通效应，又要产生较低的传质效率。

研究表明，电磁加热法是一种比常规加热方法更为有效的方法 1，其有效性已在开采重油方面得到了显示。此法是在垂直(或水平)井中沿井的延伸方向，在紧邻水合物带的上下(或水合物层内)放入不同的电极，再通以交变电流使其生热并直接对储层进行加热。储层受热后压力低．通过膨胀产生气体。此外，电磁热还很好地降低了流体的黏度．促进了气体的流动。其中，最有效的电磁加热法当属微波加热。因为天然气水合物对微波有一定的吸收作用。在微波的辐射下会产生热效应而加快天然气水合物的分解。使用微波加热法时可直接将微波发生器置于井下，利用仪器自身重力使发生器紧贴水合物层。同时发生器可附加驱动装置，使其在井下自由移动。此方法适于各类天然气水合物的开采。

2 降压法

降压法是通过降低压力破坏天然气水合物稳定状态，促使其分解。其最大的特点是不需要昂贵的连续激发，仅通过调节天然气的提取速度就可控制储层压力，进而控制水合物分解的效果。降压法一般是通过降低水合物层之下的游离得不稳定而分解见图2。也可以通过采取矿层中流体的方法来降低水合物矿层的层压。实际上，如果天然气水合物气藏与常规天然气藏相邻，开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一

种有效方法。随着游离气体的不断减少，天然气水合物与气之间的平衡不断受到破坏。使得气水合物层开始融化并产出气体不断补充到游离气气库中，直到天然气水合物开采完为止。前苏联的麦索亚哈水合物气田就是采用该法进行开采的。

与热激发法相比，降压开采水合物无热量消耗和损失，可行性较高，其特点是经济、简便易行、无需增加设备，是所有开采方法中的首选有效的方法．有良好的应用前景。但是单一使用减压法开采天然气水合物的速度很慢且由于实际天然气水合物藏中水合物分解将导致其周围砂

岩温度大幅降低，如果上下盖层向储集层的热流量无法及时补充储集层的热损失，即会出现解出的水结冰堵塞气层．降压开采也会中断，该法一般不适用于储层原

3 分解促进剂注入法

该法采用可使气体水合物分解的甲醇类药剂如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等)作为分解促进剂，使甲烷水合物与甲烷气体的分界线向低温高压方向移动，水合物变得易于分解(见图3)。试验表明，天

然气水合物溶解速率与抑制剂浓度、排量、压力、抑制液温度及水合物与抑制剂的注入界面面积有关。麦索亚哈气田水合物气层开采初期，有2口井在其底部层段注入甲醇后产量增加了6倍

4 其他开采方法

近年来，学者们又提出了一些新的设想，例如利用C0，置换开采法。该法通过向天然气水合物层注入一定压力、温度的CO 气体，使其生成水合物并释放热量，从而促使天然气水合物的分解。同时，Ebinum E ·]从理论上指出，CO，生成水合物释放并传递给天然气水合物的热量将是注人海水的5．7倍。根据化学热力学理论．自发化学反应总是向Gibbs 自由能减小的方向进行，即△G<0。MasakiotaI 】指出，在温度为271．2～275．2K、压力3．25MPa和反应时间低于10h的条件下，CO 置换天然气水合物的Gibbs自由能为负值，置换反应将会自发进行。对于该法的研究目前还只是处于理论阶段。但由于该法可将CO 深埋于地下，可有效缓解地球温室效应，因此该法在未来将是热点研究方向。

此外，有学者指出可以在深海中使天然气水合物颗粒化，或将天然

气水合物装入一种可膨胀的软式气袋中(其内部保持天然气水合物稳定所需的温压条件)，再用潜水艇把天然气水合物拖到大陆架附近的浅水地区，在那里天然气水合物能够缓慢地分解，释放出天然气和水。有人提出直接在井底设置高温催化炉，把甲烷催化成CO和H ，利用释放的热量来分解水合物。

综上。各种开采方法都有局限性，单独使用效果都不理想．极易对环境产生破坏性的影响。初步的经济评估结果表明，从水合物藏产出同样多的气，加热法比降压法成本要高得多，注入化学剂法是这3种方法中费用最高的。其他方法还仅处于初步试验阶段，大规模工业化投产还待进一步研究。