Abstract：Natural gas hydrate is mainly stored in the continental high latitude permafrost and seabed sediments, and its total resources are very large and widely distributed in the world. Gas hydrate with high reserves, high calorific value and no pollution is an important strategic resource in the future.Under the condition of depressurization,the cumulative gas volume increases with the decrease of bottom hole pressure.In 1200 days production period,the influence of bottom hole pressure is small due to constant temperature constant pressure at overburden and underburden. The area of gas hydrate decomposition is spherical and the radius is only about 3.5m.Under the condition of depressurization and heat injection exploitation, the cumulative gas volume increases with the rise of heat injection temperature and heat injection rate,the cumulative gas volume of? depressurization and heat injection exploitation is 20 times more than depressurization.The area of gas hydrate decomposition is irregular cylindrical and the radius is about 10m.

Key words:natural gas hydrate;depressurization;depressurization and heat injection exploitation ;numerical simulation .

0 引言

天然氣水合物是水和天然氣 (主要成份為甲烷)在低溫高壓條件下形成的一種非化學(xué)計量的籠形化合物,廣泛地分布在永久凍土層和海底的沉積層中, 目前據(jù)估計其儲量是地球上常規(guī)碳能源(煤、石油和天然氣)的兩倍[1]。近些年來，圍繞能源的政治問題越發(fā)嚴重辐怕，OPEC與俄羅斯及美國三大原油巨頭欧宜，因為石油能源問題不斷發(fā)生摩擦纫溃，從伊拉克戰(zhàn)爭已球、海灣戰(zhàn)爭等背后的都是為了爭奪全球石油市場神凑，2020年3月因為OPEC和俄羅斯的減產(chǎn)協(xié)議談判破裂，使得沙特迅速下調(diào)其官方原油售價竿报，并計劃增產(chǎn)铅乡，導(dǎo)致全球股市動蕩，石油行業(yè)受到巨大沖擊仰楚。因此盡早尋找新興能源并實現(xiàn)商業(yè)化開采隆判，成為了各國不可忽視的任務(wù)之一犬庇，而目前最具有實現(xiàn)以上目標的能源就是天然氣水合物———可燃冰僧界。

1 國內(nèi)外天然氣水合物的開采的研究歷史

1.1 國外近些年對降壓-注熱法研究情況

在2009年，Strumendo[2]等建立一維徑向數(shù)值模型臭挽，模擬降壓和注熱法開采甲烷水合物捂襟。該模型通過坐標變換解決了移動分解前緣的問題，顯示出移動前緣位置和氣體流速是壓力和儲層溫度的重要參數(shù)欢峰。與靜止水相模型相比葬荷，該模型顯示，假定的水相靜止纽帖，可預(yù)測移動前緣的位置宠漩、移動前緣的溫度及氣體流速。對單井模擬發(fā)現(xiàn)懊直，注熱法相對于降壓法對產(chǎn)氣有限制作用扒吁。在2009年，Yasuhide Sakamoto[3]等通過降壓法室內(nèi)實驗和數(shù)值研究室囊，對甲烷水合物藏進行了滲透率評價雕崩。實驗采用圓片形甲烷水合物樣品進行水合物降壓分解產(chǎn)氣研究。研究發(fā)現(xiàn)融撞，甲烷水合物分解由兩部分組成盼铁，沉積內(nèi)潛在熱量及熱導(dǎo)相關(guān)性分解〕①耍基于實驗結(jié)果饶火，對室內(nèi)降壓實驗進行模擬，發(fā)現(xiàn)熱導(dǎo)率主導(dǎo)水合物分解現(xiàn)象致扯。在2010年肤寝，K.Sasaki[4]等模擬研究了海底具有下伏水層的水合物藏在水平井條件下的注熱開采規(guī)律。研究的理論模型表明單井注熱與多井注熱的產(chǎn)氣特征一致急前。而實驗研究結(jié)果則表明水合物注熱產(chǎn)氣主要可分為 3 個階段：注入熱水驅(qū)替自由氣階段醒陆，水合物藏溫度升高產(chǎn)氣上升階段，降壓產(chǎn)氣階段裆针。在2014年刨摩，Hiroyuki Oyama[5]等運用降壓結(jié)合井筒加熱法進行實驗研究寺晌，評價分解特征。為闡明分解特征澡刹，我們觀測了壓力呻征、溫度、氣體和水的生產(chǎn)變化罢浇，評價了甲烷水合物的分解速率常數(shù)和熱效率陆赋。結(jié)果顯示，該方法的分解驅(qū)動力和單獨降壓法相同嚷闭，在低壓條件下攒岛，利用井筒加熱方法的水合物分解得到加強，且井筒加熱法不僅提高產(chǎn)量胞锰，還能保證氣體流動通道灾锯。在2016年，Vyacheslav G.Smirnov[6]等研究了甲烷水合物在煤層中的合成與分解規(guī)律嗅榕。該研究指出在缺少自由水的條件下顺饮，煤層中吸附水可在合適的穩(wěn)壓條件下與甲烷氣體合成水合物，暗示了親水性煤層表面可作為水合物結(jié)晶的有利區(qū)域凌那。

1.2 國內(nèi)近些年對降壓-注熱法研究情況

在2010年兼雄，李淑霞[7-8]等通過自行設(shè)計的天然氣水合物模擬開采系統(tǒng)，模擬了水合物注熱帽蝶、降壓開采實驗赦肋，對其分解相關(guān)敏感性參數(shù)進行了分析。注熱實驗結(jié)果表明嘲碱，分解前緣移動速度和累積產(chǎn)氣量主要受孔隙度金砍、注熱溫度、初始水合物飽和度麦锯、水合物藏初始溫度恕稠、分解區(qū)導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)的影響。降壓試驗結(jié)果表明扶欣，水合物分解具有階段性鹅巍，當(dāng)壓力降至水合物穩(wěn)定存在的相平衡壓力后，水合物完全分解料祠；之后繼續(xù)降壓骆捧，產(chǎn)出氣體均來自自由氣的膨脹。在2011年髓绽，白玉湖[9]等提出了注溫水降壓法聯(lián)合開采天然氣水合物藏的方法并建立相關(guān)模型敛苇，考慮了氣-水-水合物-冰多相滲流過程、水合物分解動力學(xué)過程顺呕、水合物及冰-水相變過程枫攀、熱傳導(dǎo)括饶、對流等對水合物分解的影響。結(jié)果分析表明来涨，對應(yīng)參數(shù)條件下图焰，注溫水-降壓法開采天然氣水合物藏具有穩(wěn)產(chǎn)時間較長，穩(wěn)產(chǎn)氣速度高的特點蹦掐。在2014年技羔，李淑霞[10-11]等通過自行設(shè)計的二維天然氣水合物開采系統(tǒng)，對降壓和注熱分解水合物驅(qū)動力進行了研究卧抗，并對兩種注熱模式（連續(xù)注熱與間斷注熱）做了實驗比較藤滥。實驗結(jié)果顯示，注入熱鹽水速度越快颗味、溫度越高超陆，溫差驅(qū)動力越大牺弹、產(chǎn)氣速率越高浦马，同樣地，降壓范圍越大张漂、降壓速度越快晶默，壓差驅(qū)動力越高、產(chǎn)氣速率越高航攒。同時磺陡，在相同實驗條件下，連續(xù)注熱的結(jié)果優(yōu)于間斷注熱漠畜。在2015年币他，李小森[12]等利用自行設(shè)計的三維立體水合物模擬裝置實驗研究了水合物飽和度對降壓分解水合物的影響。研究結(jié)果顯示憔狞，平均產(chǎn)氣速度首先隨飽和度增加而增加蝴悉，至飽和度為43.2%時降低，且產(chǎn)水僅在穩(wěn)壓階段出現(xiàn)瘾敢，同時拍冠，實驗中降壓階段，反應(yīng)器中各點溫度具有相同的降壓幅度簇抵，并在不同實驗中具有相同的最低溫度庆杜，對實驗中能量平衡計算可知，儲層顯熱和水合物分解潛熱的比值隨水合物飽和度及分解壓力的增加而降低碟摆。

2 降壓-注熱法的可行性分析

降壓－注熱法被認為是當(dāng)下最有有前景的晃财，通過注熱解決了降壓法開采中熱量供應(yīng)不足這一核心問題。在地層中典蜕，應(yīng)力的傳遞要比熱傳導(dǎo)快得多断盛，在特征時間上量級相差巨大雏逾，緩慢的熱傳遞就必然成為制約水合物開采的瓶頸，只有熱量供給充足郑临，才能最大限度發(fā)揮降壓的效果栖博，提水合物分解相變陣面的傳播速度和傳播距離，最終提高天然氣產(chǎn)量厢洞。

3 可燃冰開采的未來展望

根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源部的地調(diào)要聞仇让，在中國2019年2019年度地質(zhì)調(diào)查十大進展和地質(zhì)科技十大進展的成果展示中，天然氣水合物的勘察與試采工作取得的重大進展位居首位躺翻。其在第一輪試采理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上丧叽，不斷的深化研究，完善了“系統(tǒng)成藏”和“三相控制”理論公你，為第二輪試采井位的確定踊淳、工程實施、環(huán)境保護等提供了全方位的理論支撐陕靠。攻克形成水平井試采技術(shù)裝備體系自主研發(fā)相關(guān)技術(shù)裝備達到國際領(lǐng)先水平迂尝，部分技術(shù)裝備打破國外壟斷，自主開發(fā)了天然氣水合物產(chǎn)能模擬與調(diào)控系統(tǒng)及流動保障軟件剪芥，為試采提供了重要技術(shù)保障垄开。實現(xiàn)天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化，大致可分為理論研究與模擬實驗税肪、探索性試采溉躲、試驗性試采、生產(chǎn)性試采益兄、商業(yè)開采5個階段锻梳。中國第二輪試采成功實現(xiàn)從“探索性試采”向“試驗性試采”的階段性跨越，邁出天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化進程中極其關(guān)鍵的一步净捅。目前第二輪試采仍在進行中疑枯，科技人員將圍繞加快推進天然氣水合物勘查開采產(chǎn)業(yè)化和實施生產(chǎn)性試采進行必要的試驗工作。

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