[发明专利]一种利用CO2和H2的混合气体开采天然气水合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用CO₂和H₂的混合气体开采天然气水合物的方法，属于海洋天然气水合物开采技术领域。

背景技术

天然气水合物是自然界中天然气存在的一种特殊形式，它分布范围广、规模大、能量密度高，受到世界范围的广泛关注，被誉为“未来能源”。资料显示：近二十年来在海洋和冻土带发现的天然气水合物资源量特别巨大，有机碳储量相当于全球已探明矿物燃料的两倍。此外水合物的储能密度很高，燃烧后产生的残渣和废弃物极少，是优良的绿色能源。

多数水合物的开采方法是基于破坏水合物的相平衡条件，如改变水合物藏温度、压力或注入抑制剂。三种常规开采技术各有其优缺点也适用于不同的水合物藏类型，其中降压开采成本低，最具有工业运用的前景，也就是降压法被普遍认为是一种能量效率比较高、经济性最好的水合物开采方法。然而，降压法随着压力的降低，水合物分解吸热，导致沉积层温度降低，水合物二次形成，开采速率会变得很慢。此外，这些方法虽能实现水合物开采，但其引起的地层亏空，极有可能带来环境问题，如海底滑坡甚至海啸，地震等。

CO₂应用于石油的开发经验使人们联想到将其用于天然气水合物的开采技术，并提出了利用CO₂气体置换天然气水合物中的甲烷的设想。在273.2K时，CH₄气体生成水合物的压力要大于2.5MPa，而CO₂大于1.2MPa即可。由此可知，当CH₄水合物稳定存在时，CO₂水合物也可以稳定存在；而在某些条件下，CO₂水合物稳定存在时，CH₄水合物却不稳定。实验室初步研究表明了CH₄-CO₂置换开采的可行性。同时该方法可以将CO₂埋藏于海底。该方法既能实现温室气体的永久稳固封存，也能开采巨大储量的水合物能源，生成的CO₂水合物还能起到稳定地层的作用。近年来CO₂捕集和埋藏受到越来越多的重视，利用气体置换方法开采天然气水合物得以较快发展，如气态CO₂置换、液态CO₂置换、CO₂乳液置换、CO₂/N₂混合气体置换，但前三种方法开采效果并不理想，而且开采速率低，还有可能出现地层堵塞等弊端，CO₂/N₂混合气体置换的开采效果和速率相较而言较好，其摩尔组成为2:8时为最佳置换比。2012年5月，美国康菲石油公司、日本国家油气和金属公司及美国能源部完成了首个用于调查研究天然气水合物藏中CO₂-CH₄置换潜力的现场试验工程—Ignik Sikumi天然气水合物现场试验。利用二氧化碳(23％)和氮气(77％)混合填充该井，使它们驱替井中原有的流体。成功注入约6000m³二氧化碳和氮气混合气体，累计生产气体近3×10⁴m³，未对储层造成压裂破坏。虽然CO₂/N₂混合气开采效率较气态CO₂置换、液态CO₂置换、CO₂乳液置换有较大的提高，但是由于注入气体中N₂含量较高，导致采出气中采出气中CH₄含量不高，而且N₂/CH₄难分离，增加了总体成本，导致获取的CH₄工业应用价值不高。

当前开采存在的技术问题以及开采需要的成本成为了制约各国开采天然气水合物的瓶颈。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种利用CO₂和H₂的混合气体开采天然气水合物的方法，采用该方法既能够提高天然气开采效率，又能够克服采出物中甲烷摩尔分率低、难分离的缺点。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种利用CO₂和H₂的混合气体开采天然气水合物的方法，包括如下步骤：