降压技术方法成功生产甲烷水合物
时间：2018-10-09 14:27
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降压法是生产水合物最经济，也是最有可能实现商业化生产的手段之一。“对于甲烷水合物的开采，必须考虑到开采作业本身对安全边际的影响，对海洋生态系统的影响，以及泄漏的甲烷气体的影响。有人认为造成这些影响的原因是开发相关的低温流体涌出海面，水泥和套管本身受到临界破坏。 对于与生产有关的井周地层，由于海底变形、沉降等原因，地层封堵能力的下降与地层本身的塌陷等因素密切相关，这些现象与地层的原地特征以及开采和生产密切相关。如果开采操作终止，压力和温度可能会自动恢复到原来的状态。一旦压力和温度进入稳定状态，解离的甲烷气体就会回到固体甲烷水合物中，这一过程将被视为开发和生产过程中的一个安全机制。
生产水合物最经济的技术方法
降压法是生产水合物最经济，也是最有可能商业化生产的手段之一。第一次陆上天然气水合物生产试验于 2002 年在加拿大西北部麦肯齐三角洲地区的 Mallik 现场进行，作为五个国家 （日本、 加拿大、 美国、印度和德国）和 7 个研究机构（前日本国家石油公司 -JOGMEC、加拿大地质勘探局、美国能源部、美国地质调查局、德国 GFZ、印度石油和天然气部 - 印度石油公司）的合作研究项目。第二次陆上天然气水合物生产试验是在 2007 年和 2008 年冬季由JOGMEC 和加拿大自然资源协会（NRCan）与 Aurora 学院的指定经营者进行的。该学院是加拿大西北地区的一所教育机构。由于上述地区只有在河流和海洋被冻结和冰路可以修建的时期才能进入，所以所有行动都限于冬季。
此外，由于这一地区是北极脆弱生态系统的一部分，在那里发现了稀有生物，因此我们在环境保护方面给予了极大的关注。钻井废料被带回加拿大南部处理，产生的水被注入含水合物层下面的含水层。第一次陆上天然气水合物生产试验利用 MDT（模组地层动力学测试仪：斯伦贝谢注册标志）对降压过程进行了监测，并证实了气体的出现。
此外，通过压力分析等资料，获得了与地层渗透率有关的资料。第二次陆上天然气水合物生产试验将电潜泵置于射孔段以下，并通过向注入层下方注入生产用水来降低井下水位进行降压。 结果证实，在井底压力约为8 MPa时产生气体，比 预 期 值 高（ 初 始 地 层 压 力 约 为11.4MPa），然后在降压至 7.2MPa后的降压期间，观察到 830m 3 的气体产量约为 12.5 小时。然而，由于大量的沙子流入井下的时间远远早于预期， 而且泵出现故障停止测试。
降压技术方法原理剖析
降压法是目前主要的天然气水合物开采方法。是通过泵吸作用降低气体水合物储层的压力，使其低于水合物在该区域温度条件下相平衡压力，从而使水合物从固体分解相变产生甲烷气体的过程。甲烷气体和水反应生成水合物以及水合物分解生成甲烷气体和水的化学反应方程式如下，M 为气体分子，s 为固态，g 为气态，l 为液态。
当地层压力升高或者温度降低时反应朝右进行，此时地层多孔介质中的甲烷气体分子会结合在水分子中，其中水分子之间借助氢键形成结晶网络，甲烷气体分子和水分子之间通过范德华力结合成固体形状的水合物。当地层压力降低或者温度升高时反应向左进行，此时甲烷气体分子和水分子之间范德华力减弱，固体形状的水合物结构会释放出大量的甲烷气体分子。因此，从己经形成天然气水合物的地层中开采天然气，实际上就是天然气水合物的分解反应，即水合物的分解过程。降压法就是促进水合物发生分解反应的措施。
降压法的降压途径
降压法开采井的设计与常规油气开采相近，渗透性较好的水合物藏内压力传播很快。开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的有效方法之一，另外通过调节天然气的开采速度也能达到控制储层压力的目的，进而达到控制水合物分解的效果。降压法不需要昂贵的连续激发。
因此，降压法是极具潜力的、经济有效的开采方式。采用“降压法”，利用抽水方式降低井底压力，通过射孔降压甲烷水合物层的孔隙压力。因此，直接用于生产的能量是泵的动力能，从理论上讲， 高能效是可以期望的。甲烷水合物是通过降压低于平衡曲线的含甲烷水合物层的孔隙压力而分解成气和水的，气体和水是通过从地下层流向压力较低的生产井而产生的。当甲烷水合物层中的解离在受热时加速时，解离在热供应点图 1 水合物降压生产原理图进行。
在含甲烷水合物层中心附近，在热量供应不足的地方很难继续解离。在解离过程中，由于孔隙中甲烷水合物饱和度的降低，有效渗透率增加，使解压更加有效，从而进一步加速解离。如上所述，含甲烷水合物层中的解离是不均匀的，在含甲烷水合物层之上和之下接触无水合物层的部分可能优先促进生产。砂泥交替层的潜热对产量和采收率有一定的贡献，没有人工热供应，但采暖等是提高低温油藏采收率和产能的必要条件。
无论我们采用的是什么，降压方法都可能发挥关键作用，包括人为热供应。在水合物降压开采过程中，随着井孔流量的增大和井孔压力的降低，储层内压降传播得更远更有效。孔隙流体压力降低会导致储层的沉降，最大的沉降发生在井壁附近；水合物分解的越多，储层的沉降越大。降低井孔压力有助于水合物的分解，但同时可能导致井壁破坏的潜在危险；在井壁附近，周向和垂向应力达到最大处容易发生失稳破坏；地层中的水平应力差会增加井壁的不稳定性。
总之，两次陆上水合物生产试验充分表明了利用降压法可以从甲烷水合物中连续产生天然气，这是实现水合物资源化目标的重要一步，证明了除非有效渗透率和绝对渗透率降低，否则降压法基本上可以长期保持产能。但是，在生产过程中，由于井筒周围淤泥组分的积累，以及伴随降压的压实作用，可以预测渗透率的降低。此外，当可渗透的含水层覆盖和潜藏时，由于水锥，可预测出产水量的增加会干扰降压向储层的有效传播。因此，有必要对这些生产损害因素进行定量的认识。保证降压法的有效生产。
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