天然气水合物资源开采方法研究

【专家解说】：传统开采方法 (1) 热激发开采法 热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程 。热激发开采法可实现循环注热,且作用方式较快。加热方式的不断改进,促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题,而且只能进行局部加热,因此该方法尚有待进一步完善。 (2) 减压开采法 减压开采法是一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种: ①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时,通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力 。减压开采法不需要连续激发,成本较低,适合大面积开采,尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采,是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求,只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性。 (3) 化学试剂注入开采法 化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,破坏天然气水合物藏的相平衡条件, 促使天然气水合物分解 。这种方法虽然可降低初期能量输入,但缺陷却很明显,它所需的化学试剂费用昂贵,对天然气水合物层的作用缓慢,而且还会带来一些环境问题,所以,目前对这种方法投入的研究相对较少。 新型开采方法 (1)CO2 置换开采法。这种方法首先由日本研究者提出 ,方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2 水合物更高 。因此在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而CO2 水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2 气体,CO2 气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2 水合物。这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。 (2)固体开采法。 固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物,将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是,首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相,采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆,然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理,促使天然气水合物彻底分解,从而获取天然气 典型开采研究实例 麦索亚哈气田天然气水合物的开采 麦索亚哈气田发现于20 世纪60 年代末,是第一个也是迄今为止唯一一个对天然气水合物藏进行了商业性开采的气田。该气田位于前苏联西西伯利亚西北部,气田区常年冻土层厚度大于500 m ,具有天然气水合物赋存的有利条件。麦索亚哈气田为常规气田,气田中的天然气透过盖层发生运移,在有利的环境条件下,在气田上方形成了天然气水合物层。该气田的天然气水合物藏首先是经由减压途径无意中得以开采的。通过开采天然气水合物藏之下的常规天然气,致使天然气水合物层压力降低,天然气水合物发生分解。后来,为了促使天然气水合物的进一步分解,维持产气量,特意向天然气水合物藏中注入了甲醇和氯化钙等化学抑制剂。 麦肯齐三角洲地区天然气水合物试采 麦肯齐三角洲地区位于加拿大西北部,地处北极寒冷环境,具有天然气水合物生成与保存的有利条件。该区天然气水合物研究具有悠久的历史。早在1971～1972 年间,在该区钻探常规勘探井MallikL238 井时,偶然于永冻层下800～1 100 m 井段发现了天然气水合物存在的证据 ;1998 年专为天然气水合物勘探钻探了Mallik 2L238 井,该井于897～952 m 井段发现了天然气水合物,并采出了天然气水合物岩心 。2002 年,在麦肯齐三角洲地区实施了一项举世关注的天然气水合物试采研究 。该项目由加拿大地质调查局、日本石油公团、德国地球科学研究所、美国地质调查局、美国能源部、印度燃气供给公司、印度石油与天然气公司等5 个国家9 个机构共同参与投资,是该区有史以来的首次天然气水合物开采试验,也是世界上首次这样大规模对天然气水合物进行的国际性合作试采研究。 阿拉斯加北部斜坡区天然气水合物开采试验 美国阿拉斯加北部普拉德霍湾—库帕勒克河地区,位于阿拉斯加北部斜坡地带。1972 年阿科石油公司和埃克森石油公司在普拉德霍湾油田钻探常规油气井时于664～667 m 层段采出了天然气水合物岩心。其后在阿拉斯加北部斜坡区进行了大量天然气水合物研究。在此基础上,2003 年在该区实施了一项引人注目的天然气水合物试采研究项目 。该项目由美国Anadarko 石油公司、Noble 公司、Mau2rer 技术公司以及美国能源部甲烷水合物研究与开发计划处联合发起,目标是钻探天然气水合物研究与试采井———热冰1 井。这是阿拉斯加北部斜坡区专为天然气水合物研究和试采而钻的第一口探井。