海底天然气水合物藏开采可行性研究

海底天然气水合物藏开采可行性研究

王冬来 辽河油田兴隆台采油厂　　　１２４０１０

摘 要压力处于天然气水合物形成的热力学稳定天然气水合物作为一种潜在的能源备受人范围。通常用深度（压力）—温度图来确们关注，主要表现在：分布范围广；储量定天然气水合物稳定带的底界，其数值在地规模巨大；能量密度高。本文将根据室外温曲线和纯水或海水相平衡曲线的交汇点调查情况，结合室内实验及模拟结果，以上。天然气水合物稳定带主要受水深、海中国南海为例，建立天然气水合物藏概念底温度和压力、沉积物中的地温梯度、孔模型，采用降压法开采机理进行模拟开发隙流体盐度等因素控制。只有准确地预测并对其比较评价。天然气水合物的热力学稳定带位置才能为关键词其开采的数值模拟及勘探开发提供合理的天然气水合物藏；热力稳定带；模拟；实依据。本文将根据中国南海某区域的海文验资料绘制出该天然气水合物热力稳定带区域图。

1概述

天然气水合物是由水分子和气体分子在高压（大于１００个大气压或１０ＭＰａ）和低温（０℃～１０℃）条件下合成的，具有笼状结构的似冰状结晶化合物。地球上的天然气水合物蕴藏量十分丰富，是其它非常规气源岩（诸如煤层、黑色页岩）能量密度的１０倍，为常规天然气能量密度的２～５倍。

目前天然气水合物的研究主要分为两方面：一是室内天然气水合物的实验及模拟研究，该方面主要是研究重点集中在水合物的结构、物理化学性质及形成分解的图1 800m水深、3.5%盐度下天然气

热动力学规律等；二是室外水合物资源的水合物热力稳定带

地质调查，该方面研究的重点是通过地震表1 天然气水合物藏概念模型具体参数

技术勘探水合物藏的分布范围、资源储量以及潜能评价等。

随着世界油气资源的日趋紧张，天然气水合物以其资源量巨大、洁净高效而备受关注，被认为是一种潜在的未来能源。目前世界各国都在加速对其实用开采方案的研究。本文将根据室外调查情况，结合室内实验及模拟结果，以中国南海为例，建立天然气水合物藏概念模型，采用降压法开采机理进行模拟开发并对其比较评价。

2 天然气水合物热力稳定带的确定

天然气水合物的热力学稳定带是指海底以下特定的区域，　在该区域内的温度和

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根据图１可以发现在海底下２３０ｍ以内可以形成稳定的天然气水合物带，为了保持天然气水合物藏的稳定性，本文建立的天然气水合物藏概念模型的具体参数如表１所示。

3模拟模型建立及验证

３．１　模型建立

本文在对天然气水合物进行模拟开采时建立了一个三组分（天然气水合物、水和甲烷气体）、三相（水相、油相和气相）模拟模型。考虑到天然气水合物的特殊物理性质，将天然气水合物的粘度值设置适当大一些，使之很难流动，与稠油性质类似，因此可以把它看作为油组分来加以模拟。

表2 水合物模拟模型中组分与相态情况

３．２模型验证

将水合物开采模拟模型得到的数据与室内水合物开采实验测定的数据进行比较，发现两者匹配得较好。

图２给出了模拟累积产气量与实验结果的对比图。从图中可以看出：随着分解过程的开始，累积产气量逐渐增大，当分解进行到０．６ｈ时，累积产气量几乎不变，这意味着甲烷水合物接近完全分解；从该图中还可以看出：模拟结果与实验数据的变化趋势基本一致，其最终的产气量也十分接近。这说明在累积产气量方面，可以验证所建立的模拟模型。

图2 模拟累积产气量与实验结果对比

图3 模拟产气速率与实验结果对比图３为模拟产气速率与实验结果的对比图。该图显示：在分解刚开始时，产气速率迅速增大至最大值，约７８００　Ｓｃｍ３／ｍｉｎ；之后，速率逐渐降低，此时，变化趋势类似于常规气藏恒压开采规律；当分解进行到０．６ｈ时，产气速率几乎为零，这表明甲烷水合物分解接近结束；另外，数值模拟的结果与实验结果趋势几乎一致，这也表明所建立的模拟模型可以很好地反映实验条件。

以上两图分别从累积产气量和产气速率进行对比，从图中可以看出模拟结果与实验测得的数据匹配较好。因此可以认为模拟是准确的。

4 结果分析与讨论

天然气水合物藏与普通气藏虽然都是以开采天然气为目的，但由于天然气水合物藏中存在天然气水合物的分解过程，因此其产气特性与储层压力等与常规气藏有不同之处。现分别将天然气水合物藏与常规气藏、非常规气藏（以苏里格气田为例）进行模拟开采对比分析。

据一些资料得到，苏里格气田主力气层盒８砂层厚度１５～４５ｍ，平均有效厚度８．２ｍ，气藏深度３１７０．２～３５９２．３ｍ。据７１口取芯井气层段岩芯分析统计：盒８气层孔隙度５％～１２％，平均８．９５％；渗透率０．０６～２×１０－３μｍ２，平均０．７３×１０－３μｍ２；山１气层孔隙度５～１１％，平均８．５％；渗透率０．０６～１．０×１０－３μｍ２，平均０．５８９×１０－３μｍ２；属低孔、低渗型气藏。气藏压力２７．６～３２．６ＭＰａ，压力

系数０．７７１～０．９１４ＭＰａ／１００ｍ，平均０．８７ＭＰａ／１００ｍ，属于正常压力系统。地温梯度３．０６℃／１００ｍ，气层段温度１００～１１５℃。苏里格气田天然气组分中甲烷平均含量９２．５％，乙烷平均含量为４．５２５％，ＣＯ２平均含量０．８４３％，不含或微含Ｈ２Ｓ，气体相对密度为０．６０３７，凝析油含量２～５ｇ／ｍ３。

参考上述苏里格气田的物性参数，选取５００ｍ×５００ｍ×８．２ｍ区块，建立了同区域规格的天然气水合物藏概念模型与常规气藏、非常规气藏模拟模型。其具体参数如表３所示。

对上面建立的天然气水合物藏与常规气藏、非常规气藏模拟模型进行模拟，设置井底流动压力（ＢＨＰ）为２Ｍｐａ，开采年限为２０年，得到的模拟累积产气量、产气速率与地层平均压力结果变化对比如图４所示。

图４给出了天然气水合物藏概念模型与常规、非常规气藏累积产气量的对比情况。从该图中可以看出：在相同储层规格、类似可对比的地层物性参数下，天然气水合物藏的最终累积产气量远大于气藏，约为常规气藏１．３６倍，却是非常规气藏的５．１７倍，由此可见天然气水合物藏蕴含着巨大的气体储量。另外，在开采初始阶段，由于地层压力大于该温度下天然气水合物对应的相平衡压力，天然气水合物还未分解，因此该阶段只有储层中自由态水流出，没有气体产出，该图也说明了这一点。

图５为天然气水合物藏概念模型与常规、非常规气藏产气速率的对比。在该图中，气藏的产气速率在开采的初期都为最大值，然后逐渐下降，而天然气水合物藏起始则没有气体产出，随后产气速率迅速增大，并以较高的产气速率保持相当长的时间。这是因为气藏依靠地层压力衰竭开

采，其产气速率逐渐降低；而天然气水合物藏开采则是依靠水合物该地层温度下相平衡压力与地层压力的差值作为驱动力的，随着储层中水、气的流出，地层压力也随之慢慢衰竭，水合物分解的驱动力也就越大，分解加快，其产气速率也就越大。

图5 天然气水合物藏概念模型与常规、

非常规气藏产气速率的对比

图6天然气水合物藏概念模型与常规、非常规气藏产地层平均压力的对比图６为天然气水合物藏概念模型与常规、非常规气藏产地层平均压力的对比。从图６可以发现：气藏由于依靠地层压力衰竭开采，其地层压力逐渐递减，常规气藏与非常规气藏在地层压力变化情况类似，结合图５可以发现，两者的差别在产气速率，而地层压力几乎没有差别；对于天然气水合物藏由于储层内自由态水的流出使地层内压力逐渐降低，当地层压力降到其相平衡压力时，气体开始产出，并且速率逐渐增大，由于水合物能量密度大

下转第２０页表3 天然气水合物概念模型与常规、非常规气藏模型的

参数对比

图4 天然气水合物藏概念模型与常规、非常规气藏累积产气量

的对比

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能源及环境中国科技信息2010年第20期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Oct.2010用标准样品验证方法的准确性，结果如表１。

标样分析结果表明：符合ＤＺ／Ｔ０１３０－２００６《地质矿产实验室测试质量管理规范》要求，结果理想，证明该方法有较好的准确度，准确可靠。

３．３．２地质外检样品分析结果：

将该法用于甘肃某单位外检样品的分析测试，平行样分析结果如表２。

表２结果表明：分析结果有良好的重现性。依据ＤＺ／Ｔ　０１３０－２００６，对送检样品分析质量进行评价，送检单位原结果符合外检质量要求。

３．３．３选矿产品分析结果：

将该法用于铜精矿等精矿样品的分析测试，分析结果如表３。

表3 选矿产品分析结果

准确，效果良好。实践表明该方法可行，且准确可靠。

上接第３１页（理论计算，１ｍ３饱和天然气水合物在标准条件下可释放出１６４　ｍ３的甲烷气体）其分解会使周围区域的压力增大，随着水合物分解的压力波传递，因此也就影响了整个储层内压力的变化，这样共同作用的结果将使地层变化不大，并维持在其相平衡压力附近，保持相当长的时间，图中该段区域也正对应着图５中天然气水合物产气速率保持最大的那段时间此过程直到天然气水合物分解完全。当天然气水合物分解完全后，此后的产气速率和压力的变化与常规气藏的类似。

从以上几图可以看出：在同样规格的区块中，天然气水合物藏的储量明显优于气藏，但由于存在着水合物分解的过程，在开发的初期，天然气水合物藏的产气速率不如常规气藏，并且开采周期长，另外天然气水合物藏内地层压力变化也有段平缓过程，有别于气藏压力逐渐降低。

表３结果表明：精矿样品加标回收率≥９７．６％，回收率良好。说明该方法可用于选矿等精矿产品中锗的分析。

参考文献［１］岩石矿物分析编写组　编．　岩石矿物分析　［Ｍ］．第３版．北京：地质出版社．１９９１．７６８－７８３［２］陈青川，杨惠芬．光谱实验室［Ｊ］．１９９４；１１（６）：２５－３７．［３］肖灵，张锦柱，胡月华．岩矿测试［Ｊ］．２００４；２３（３）：２３１－２３４．［４］邱德仁，陈治江，罗小雯．光谱学与光谱分析［Ｊ］．１９９４；１４（１）：７７－７９．［５］覃祚明．　广东有色金属学报［Ｊ］．２００２；１２（９）：６６－６９．［６］中华人民共和国地质矿产部．地质矿产实验室测试质量管理规范［Ｍ］　．ＤＺ／Ｔ０１３０－２００６．作者简介戴金续（１９６４－），男，高级工程师。主要从事原子光谱分析方法应用研究及商品检验等课程的教学工作。4结论

将本法应用于地质矿产实验室日常分析测试，精密度好，方法简便、快速、

表1标准样品分析结果（×10-6）

表2外检样品分析结果（×10-6）

参考文献［１］杨丽．天然气水合物——２１世纪的新能源．百科知识［Ｊ］．２００６：２７－２９．［２］孙成权，朱岳年．２１世纪能源与环境的前沿问题——天然气水合物．地球科学进展［Ｊ］．１９９４，９（６）：４９－５２［３］　李淑霞，陈月明，杜庆军．天然气水合物开采数值模拟的参数敏感性分析［Ｊ］．现代地质．２００５，１９（１）：１０８－１１２．作者简介王冬来，男，１９８２年１２月出生，２００５年７月毕业于中国石油大学（华东）热能与动力工程专业，现工作于辽河油田兴隆台采油厂采油作业一区。－２０－