海洋天然气水合物固态流化试采介绍

固态流化试采工艺

针对海洋水合物的开采，常规方法采用降压、注热、注剂、置换等使水合物在井底释放出天然气并采出，而所面临的井筒安全、生产控制、环境风险等问题极为严重。

目前，世界上已经实施的水合物试采均在成岩水合物矿体中进行，海洋非成岩水合物开采技术和方法还是空白，固态流化开采是有望解决世界海洋浅层非成岩水合物合理开发科技创新前沿领域和革命性技术之一。

其技术思路是：利用水合物在海底温度和压力相对稳定的条件下，采用采掘设备以固态形式开发水合物矿体，将含有水合物的沉积物粉碎成细小颗粒后，再与海水混合，采用封闭管道输送至海洋平台，而后将其在海上平台进行后期处理和加工，相关工艺流程如图1所示。该开采方式的优势包括：①由于整个采掘过程在海底水合物矿产富集区进行，未改变天然气水合物的原始温度、压力条件，类似于构建了一个由海底管道、泵送系统组成的人工封闭区域，起到了常规油气藏盖层的封闭作用，使海底浅层无封闭的天然气水合物矿体变成了封闭体系内分解可控的人工封闭矿体，使得海底水合物不会大量分解，从而实现了原位开发，避免水合物分解可能带来工程地质灾害和温室效应；②同时利用天然气水合物在传输过程中温度、压力的自然变化，实现了在密闭输送管线范围内的可控有序分解。

图1：固态流化试采工艺

固态流化试采注意事项

海洋水合物固态流化试采中，随着水合物颗粒沿井筒不断上返，连续油管与钻杆之间的环空温度不断升高、压力不断降低，达到相平衡状态时水合物颗粒会发生分解，产生的大量气体使环空液-固流动变为复杂气-液-固多相流动；复杂多相流对水合物颗粒在环空中的分解进一步产生影响，此环空流动中管流特征参数变化伴随相态演变规律，其复杂程度不同于常规油气钻井。所以相关试采理论模型的建立、理化试采仿真与实验工作必不可少。下步必须事先准备的有：

1. 复杂介质井筒多相流动模型的建立与运算。

2. 试采工况下井筒温度、压力模型的建立与运算。

3. 水合物相平衡模型，水合物分解模型的准备。

4. 海洋水合物流化试采仿真与实验准备，具体包括钻井液排量、钻井液密度、井口回压、产气量、射流直径等参数对试采的影响。

南海天然气水合物试采事件

2017年5月中旬，全球首次针对海洋弱胶结、非成岩水合物的固态流化试采工程在南海神狐海域开始试采并成功点火。至5月26日，试采井连续产气16天，平均日产超过1万立方米。5月27日开始，按照施工方案开展温度、压力变化对储层、井底、井筒、气体流量等影响的科学测试研究工作。截至6月2日，已连续产气超过22天，平均日产8350立方米，气压气流稳定，井底状态良好。试采安全评估和环境监测结果显示，钻井作业安全，海底地层稳定，大气和海水甲烷含量无异常变化。取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。

本次试采实现了勘查开发理论、技术、工程和装备自主创新。一是实现三项重大理论自主创新，建立了“两期三型”成矿理论，指导在南海准确圈定了找矿靶区；创建了天然气水合物成藏系统理论，指导试采实施方案的科学制定；创立了“三相控制”开采理论，指导精准确定试采降压区间和路径。二是实现防砂技术、储层改造技术、钻完井技术、勘查技术、测试与模拟实验技术、环境监测技术了等六大技术体系二十项关键技术自主创新。三是实现目标导向的顶层设计系统、“四轮驱动”的协调运行系统、“四性统一”的施工保障系统等三项重大工程管理系统自主创新。四是实现七项重大技术装备自主创新，包括研制了我国第一台4500米作业级无人遥控探测潜水器“海马”号，研发了天然气水合物保温保压取样器，研发了海底可控源电磁探测系统，研制了适合试采储层特点的防砂筛管，研制了用于实时监测海底形变的地震监测仪，研发了天然气水合物试采大型模拟实验装置，利用了我国自主设计建造的超深水半潜式钻井平台“蓝鲸Ⅰ号”。

现场图

结     语

“水合物固态流化开采”是采用机械破碎而后进行管输，利用水合物自动解析、举升，顺势开发，变不可控为可控，最终实现安全、绿色钻采。目前非成岩水合物的试采及开发尚属于技术空白，固态流化开采法是有望解决世界海洋浅层非成岩天然气水合物合理开发的科技创新前沿领域和革命性技术之一。

（来源：金正纵横）

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