多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

第30卷　第4期2009年7月

石油学报

AC TA PETROL EI SIN ICA

Vol.30J uly

　No.42009

基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA 09209)和中国石油化工股份有限公司“天然气水合物开发前期研究”项目(P 06070)联合资助。作者简介:任韶然,男,1960年9月生,1982年毕业于华东石油学院,现为中国石油大学(北京)石油工程学院教授,主要研究方向为提高采收率及水

合物开采机理研究。E 2mail :rensr @

文章编号:025322697(2009)0420583205

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

任韶然　刘建新　刘义兴　樊泽霞　刘永军　左景栾　于洪敏

(中国石油大学石油工程学院　山东东营　257061)

摘要:基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了

水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。

关键词:甲烷;气体水合物;水合物形成和分解;水合物资源;多孔介质;实验研究中图分类号:TE 66218 文献标识码:A

Experimental study on formation and dissociation of methane

hydrate in porous media

REN Shaoran L IU L IU Y ixing FAN Zexia L IU Y ongjun ZUO Jingluan YU Hongmin

(S chool of Pet roleum Engineering ,China Universit y of Pet roleum ,Dongy ing 257061,China )

Abstract :The formation and dissociation of methane hydrate in subsea sediments were experimentally studied in porous media under simulated hydrate stability zone conditions for subsea hydrate resources.The changes of pressure ,temperature and gas 2production rate during hydrate dissociation were investigated under various conditions of hydrate formation and dissociation.The driving force (drawdown pressure )for hydrate dissociation was studied using a step depressurization procedure.The cumulative gas production rates under different depressurization modes were compared to reveal the mechanism of gas production in hydrate 2bearing sediments.The experimental results show that the dissociation rate of hydrate mainly depends on the pressure drop.High pressure 2drop can re 2sult in high dissociation rate and gas recovery.A minimum driving force is required for hydrate dissociation under certain tempera 2tures.The cumulative gas production rate is related with the total pressure drop ,but not affected by the depressurization modes.K ey w ords :methane ;gas hydrate ;hydrate formation and dissociation ;hydrate resource ;porous media ;experimental study

天然气水合物作为未来的一种重要替代能源[1],具有资源量大、燃烧清洁无污染等优点[2],吸引了国内外众多能源工作者的关注。近年来,主要是针对深水钻完井过程中水合物在井筒中形成所造成的危害进行的水合物抑制的研究[3],而关于多孔介质中水合物生成与分解的规律研究尚处于实验室起步阶段。笔者利用中国石油大学(华东)水合物研究中心自行研发的实验装置合成均匀分布的模拟水合物藏并通过开采装置进行水合物的降压分解;揭示了在不同的开采方式下,水合物藏内部温度、压力和气体相态的变化规律并进行了产气和产液量的分析。

1　实验方法

111实验装置及材料

实验装置为中国石油大学(华东)天然气水合物研

究中心自行研发的气体水合物合成、开采和物性实验装置。

实验装置主要包括高压反应釜、加围压系统、注气供水系统、超声波和电阻测量系统、温度与压力测量系统、气液测量装置和数据采集系统等(图1)。装置的核心是高压反应釜,是一个直径为0112m ,长度为

0138m ,容积为4125L 桶状容器,最大工作压力为