[01160227]天然气水合物成藏开采物理模拟装置与技术

天然气水合物广泛分布于海底沉积物和陆地永久冻土带,被公认为二十一世纪的重要后续能源,其开发利用对保持国民经济的可持续发展具有重要意义。天然气水合物的勘探首先需要通过物理模拟实验,研究其成藏演化机制和分布规律,建立找矿理论。同时需要研究水合物的赋存状态和声、电性质之间的响应机制,为野外勘探数据的反演提供依据。研发经济、安全的水合物开采技术,同样需要大量的物理模拟实验。 本项目在国家863计划重大项目和国家自然基金重点项目等的支持下,自主设计研制了一套天然气水合物成藏-开采物理模拟实验平台,进行了系统的物理模拟实验研究,并将取得的新认识和发现应用于天然气水合物资源的成藏过程描述及勘探、开采技术开发。重要发明和成果有： 1、建立了多尺度天然气水合物成藏/开采物理模拟实验装置：自主设计研制了系列不同尺度、规模的天然气水合物成藏/开采物理模拟实验装置,包括目前世界上最大的水合物成藏/开采三维物理模拟装置、天然气水合物开采中型三维模拟装置、天然气水合物一维成藏可视化模拟装置、介观尺度气泡或水滴表面水合物生长测试装置和天然气水合物声电性质探测装置,可模拟500-3000米水深海底沉积物中水合物的成藏、赋存状态及开采过程,具备模拟天然气生成、运移、水合物藏形成、演化、水合物开发全过程的功能。装置中采用了先进的可视化技术和声、电、热综合探测技术,在技术及规模上均达到了国际先进水平,为我国天然气水合物的勘探开发提供了实验模拟平台。 2、建立了多尺度天然气水合物成藏过程实验模拟方法,成功实现天然气在沉积物渗流过程中水合物生成和聚积模拟：针对天然气水合物成藏过程一维和三维物模装置,建立了天然气水合物成藏过程实验模拟方法,系统地模拟了游离气及含气地层水运移模式下水合物成藏及演化过程,测定了水合物聚积速度及其空间分布和演化规律,重现了自然界中不同类型水合物藏的成因及演化史。发现水合物成藏须具备水、天然气和运移通道等条件,关键流体的渗流条件对水合物的饱和度及分布起决定作用。建立了含水合物沉积物样品合成和声、电性质测试方法。发现声波速度不仅和水合物饱和度有关,而且与水合物在沉积物中的赋存状态有关,颠覆了传统上认为声速等物性与水合物饱和度存在对应关系的认识误区,对水合物勘探有重要启示。 3、建立了天然气水合物开采实验模拟方法,开展了不同模式的水合物开采实验模拟：建立了降压、注热、注抑制剂、降压-注热、降压-注抑制剂、注CO2置换等不同开采模式的实验模拟方法,并实施大量实验模拟研究,取得了系统的实验数据,为开采方式的评价、优选及数值模拟提供了基础。 获得10项中国发明专利和1项实用新型专利授权,发表SCI收录论文58篇,SCI他引228次。建立的物模装置、提出的模拟方法以及建立的模型、获得的实验数据和认识已被国内外同行采用和产业部门应用,对我国天然气水合物的勘探与开发做出了贡献。