阅读说明：本技术 一种高效溶解甲烷促进天然气水合物开采的方法 (Method for efficiently dissolving methane to promote exploitation of natural gas hydrate ) 是由 罗永江 王聪 刘姝 李莉佳 梁运培 李波 焦冰洋 吴浪 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高效溶解甲烷促进天然气水合物开采的方法,它包括以下步骤：1、向天然气水合物储层打钻注液井和开采井；2、使用降压开采法,采出甲烷气体；3、使用热激开采法,从注液井向NGH储层注入表面活性剂复配剂热水溶液,并关闭注液井,设置焖井时间；4、达到焖井时间后,从开采井取得采出液；5、加热采出液,将溶解在采出液的天然气分离输送至地面的采气设备,循环注入注液井。本发明的技术效果是：降低了天然气水合物开采过程中的热量注入量,提高了天然气水合物开采能量效率。(The invention discloses a method for efficiently dissolving methane to promote natural gas hydrate exploitation, which comprises the following steps: 1. drilling a liquid injection well and a production well into the natural gas hydrate reservoir; 2. extracting methane gas by using a depressurization exploitation method; 3. injecting a surfactant compound agent hot water solution into the NGH reservoir from the injection well by using a thermal shock exploitation method, closing the injection well, and setting the soaking time; 4. obtaining produced liquid from the production well after the soaking time is reached; 5. heating the produced liquid, separating and conveying the natural gas dissolved in the produced liquid to the ground gas production equipment, and circularly injecting the natural gas into the liquid injection well. The invention has the technical effects that: the heat injection amount in the natural gas hydrate exploitation process is reduced, and the natural gas hydrate exploitation energy efficiency is improved.)

一种高效溶解甲烷促进天然气水合物开采的方法

技术领域

本发明属于能源开采技术领域，具体涉及一种天然气水合物开采的方法。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称NGH) 因其蕴含的天然气资源潜力巨大，具有储量大、高效清洁等特点，被认为是未来的替代能源之一。天然气水合物是在一定温度和压力条件下由天然气和水形成的类似冰的笼形结晶化合物。天然气水合物的形成须具备三个基本条件：一是充足的甲烷和水；二是合适的温度和压力；当储层压力较高和温度较低时，天然气水合物储层中的甲烷气体分子会结合在水分子中，借助氢键形成结晶网络，甲烷气体分子通过范德华力与水分子结合成固体；三是足够的固相空间。因此深度小于5000米的海底、陆上冻土层等是天然气水合物的主要赋存区域。

目前NGH开采方法主要有降压开采法、热激开采法和气体置换法等。在实际开采过程中，降压结合热激法是目前认为较为可行的方法，该方法首先通过钻井抽取地层流体实现对天然气水合物储层降压促进地层中天然气水合物分解，当地层温度由于天然气水合物分解吸热降低至无法继续分解时，再通过钻井向天然气水合物储层注入高温热水或热蒸汽的方法，为储层天然气水合物的进一步分解提供热量。然而，由于地层导热能力差，且在将热水或高温蒸汽注入储层的热损较大，导致现有热激开采存在热量利用率、能量效率（采出的天然气热值与注入热量的比值）均较低，采用降压结合热激方法开采天然气水合物有待进一步改进。

发明内容

针对现有NGH降压结合热激法存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种高效溶解甲烷促进天然气水合物开采的方法，它在现有降压结合热激法开采天然气水合物的基础上，能降低天然气水合物开采过程中的热量注入量，提高天然气水合物开采能量效率。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

1、向天然气水合物储层打钻注液井和开采井，注液井与开采井之间具有适当的间距；

2、使用降压开采法，从开采井进行抽吸降压，采出包括甲烷气体在内的地层流体，同时降压促进天然气水合物的持续分解；

3、使用热激开采法，从注液井向NGH储层注入表面活性剂复配剂热水溶液，并关闭注液井，设置焖井时间；

4、达到焖井时间后，从开采井取得采出液；

5、在地面使用加热装置加热采出液，将溶解在采出液的天然气分离输送至地面的采气设备，并调整分离液中表面活性剂复配剂浓度，循环注入注液井。

所述表面活性剂复配剂热水溶液按质量百分比为：十二烷基硫酸钠15%、氯化钠4～10%，其余为热水；或者聚醚多元醇20%、氯化钠4～10%，其余为热水。

本发明的工作原理是：

由于注入热水溶液中含有表面活性剂复配剂，能够高效溶解储层中的游离甲烷气体或者分解的甲烷气体；在热水加热分解甲烷气体过程中直接吸收甲烷气体，降低了储层的压力，促进降压开采的效果；同时，由于甲烷气体溶解在表面活性剂复配剂的过程为放热过程，可为储层的甲烷气分解提供部分热量；溶解于表面活性剂复配剂的甲烷气随同注入水溶液从开采井排出，减少了甲烷自由气在地层中扩散因汤姆逊焦耳效应吸收储层热量造成热量损失。

本发明的有益效果：采用注入吸收甲烷气体的表面活性剂复配剂热水溶液进行NGH开采，降低自由气体扩散的汤姆逊-焦耳效应引起的储层显热消耗，在热水加热分解甲烷气体过程中直接吸收甲烷气体，降低了储层的压力，在不额外增加热量注入的基础上，有效促进NGH降压结合热激开采的效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

1、向天然气水合物储层打钻注液井和开采井，注液井与开采井之间具有适当的间距；

2、使用降压开采法，从开采井进行抽吸降压，采出包括甲烷气体在内的地层流体，同时降压促进天然气水合物的持续分解；

3、使用热激开采法，从注液井向NGH储层注入表面活性剂复配剂热水溶液，并关闭注液井，设置焖井时间；

焖井的目的在于使注入的表面活性剂复配剂热水溶液尽可能扩散到NGH储层中，并且留出时间准备抽采表面活性剂复配剂热水溶液；焖井时间以表面活性剂复配剂水溶液释放完潜热为止，焖井时间取值与储层渗透性成反比，渗透性越好焖井时间越短。

表面活性剂复配剂热水溶液按质量百分比为：十二烷基硫酸钠15%、氯化钠4-10%，其余为热水。根据文献“SDS、蓖麻油体系快速吸附甲烷的动力学研究”，张增志等，《全国煤矿与其抽采利用与通风安全技术现场会：煤矿瓦斯抽采与通风安全论文集》，2013年05月记载：将SDS配制成浓度为200g/L的水溶液，超声波分散5min，从附图1看出：甲烷气体的吸附率为6%；当SDS与蓖麻油的质量比为6:1，配制成浓度为200g/L的水溶液，其甲烷气体的吸附率为12.2%。

该表面活性剂复配剂热水溶液添加氯化钠的作用是：由于地层中天然气水合物（固态物质）在热量刺激下分解为甲烷和水，在甲烷和水向抽采井运移过程中，在合适温压条件下，又有可能生成天然气水合物，而盐溶液可以有效抑制天然气水合物的生成，防止二次天然气水合物的生成；同时盐溶液亦将地层水的冰点降低，使地层水不易结冰封堵流体流通孔道，影响开采。

4、达到焖井时间后，从开采井取得溶解了天然气的表面活性剂复配剂水溶液，称为采出液；

5、在地面使用加热装置加热采出液，将溶解在采出液的天然气分离输送至地面的采气设备，并调整分离液中表面活性剂复配剂浓度，调整浓度与初始注入时浓度一致，或者根据抽采井开采效果进一步优化浓度，再循环注入注液井。

根据文献“甲烷在表面活性剂水溶液中溶解度的实验研究”，***等，采矿与安全工程学报，第30卷第 2 期，2013年03月记载：甲烷溶解度随温度的升高而降低， 0~25℃下降更为明显。所以加热采出液，能够获取天然气。

根据文献“表面活性剂降低瓦斯涌出的实验研究”，朱锴，中国地质大学（北京）博士论文，2015年5月，第14页记载：当生成压力相近时，瓦斯水合物在前次融化（指制备浓度为0.001 mol/L的Tween-40水溶液中）的Tween-40水溶液中生成时平衡温度显著升高。所以，甲烷气体溶解在表面活性剂复配剂的过程为放热过程。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是：表面活性剂复配剂热水溶液按质量百分比为：聚醚多元醇20%、氯化钠4-10%，其余为热水。

根据文献“甲烷在表面活性剂水溶液中溶解度的实验研究”，***等，采矿与安全工程学报，第30卷第 2 期，2013年03月记载：聚丙二醇在体积浓度达到10%时，温度20℃，6MPa甲烷压力条件下，甲烷溶解量即可达到接近40mlCH₄/100ml溶液，气体溶解量优于SDS。