宋永臣团队：天然气水合物开采基础

人类社会的发展建立在大量能源消耗的基础上。目前，资源匮乏和环境破坏已经成为两大全球性问题，寻找、开发与利用清洁高效、潜力巨大的新能源，是世界各国解决未来能源问题的主要出路。天然气水合物作为一种理想的后续能源，被列为我国第173个矿种，是未来重要的清洁高效能源。

天然气水合物是自然界中存在的一种新型清洁能源，全球分布广泛。我国南海海域是天然气水合物的重要富集区，资源量相当于我国已探明油气储量的总和。近年来，我国天然气水合物的理论研究和技术攻关进展迅速，2007年我国首次在南海神狐海域钻获了天然气水合物实物样品；2013和2015年的钻探工作，进一步证实了我国南海丰富的天然气水合物资源前景；2017年我国南海神狐海域天然气水合物试采成功。这一系列成果，标志着我国海洋天然气水合物开发已迈入世界前列。然而，天然气水合物开发目前仍然是世界性难题，实现其商业化开采还有较大距离，需要相关基础理论与关键技术突破。本书汇集本团队多年来的理论与技术研究成果，旨在与广大科研工作者及工程技术人员共同探讨，以促进天然气水合物基础理论发展，推动我国天然气水合物开采技术进步。

天然气水合物基础研究前沿挑战

天然气水合物开采涉及的核心问题是开采效率与安全保障。2013年，日本实现海洋天然气水合物首次试采，由于井筒堵塞等问题，试采持续6d后终止，监测发现井场地层沉降5 cm。首次海洋水合物试采进一步加深了国际上对工程问题的认识，从开采控制机理、多相渗流、储层结构变化等基础研究出发，重点突破出砂控砂技术及储层稳定性评价技术，成为目前主要研究方向。我国南海水合物藏具有泥质低渗非成岩特征，开采难度大，2017年和2020年在我国南海开展的3次天然气水合物试采，更加明确了对高效开采理论与安全防控技术的需求，以指导解决水合物开采障碍控制与储层稳定性预测问题，最终实现南海水合物安全、高效开发。具体难题和挑战主要包括以下几个方面：

1 天然气水合物开采相关基础研究

天然气水合物的热-动力学特性的描述、稳态含天然气水合物沉积物有效传热基础物性分析及预测模型、复杂多变因素作用下含天然气水合物沉积物传热系数时变规律、水合物分解界面传热过程分析与调控、沉积物内热源-有效导热对流对水合物分解进程的驱动与控制原理、相变条件下天然气水合物沉积物特征参数及其沉积物内流体运移特性的相互作用关系、多因素协同作用下储层内含相变过程的多相/多组分渗流与迁移机制，是实现开采过程水合物相变精细调控的基础。

水合物多孔介质各组分的二维空间分布

2 天然气水合物开采方法

针对我国海域天然气水合物储层开展天然气水合物藏试开采技术方案研究，评价开采效率和潜力的影响因素、建立三维水合物藏开采数值模拟技术、研制天然气水合物藏试采完整过程模拟系统、确定高效试采工艺，是实现水合物开采的重要保证。需要重点研发储层-样品-开采工艺适应性评价技术、水合物-油气联合开采工艺、连续排采及流动保障工艺、安全监测及风险评价技术，形成从海底到中深层典型海洋水合物安全高效开采方法，提高注热、降压、注剂、固态流化等开采方法的综合效率，并探索新的天然气水合物高效开采方法，形成适用于多种水合物储层的高效钻采技术与装备。

注热强化水合物置换机制

3 天然气水合物开采安全及环境影响

建立天然气水合物开采安全的评价指标、分析方法及综合评估方案，提出开采安全的监测参数、监测方法、监测数据分析方案及应急处理技术；构想开采过程中海底设备潜在的堵塞、泄露等障碍，提出相关应急处置技术方案，开发轻便、高效应急成套设备；构建天然气水合物试采区域海洋环境立体监测技术，实现对气、沉积层、水、陆地和大气的一体化监测；研制天然气水合物沉积物共振柱试验仪和可视化平面应变仪，实现小应变条件下天然气水合物沉积物的动力特性和天然气水合物变形过程中剪切带的变化规律研究；评价天然气水合物分解后沉积层震动液化研究及其对海洋工程结构物的影响，建立天然气水合物开采过程中地质灾害、海底工程结构物稳定性评价及对策。

文章来源：《天然气工业》 网址: http://www.trqgyzzs.cn/zonghexinwen/2021/0519/1182.html

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