天然气水合物是一种由气体（或易挥发的液体）与水在一定温度和压力条件下形成的冰状固体，俗称可燃冰，广泛分布于冻土带地表以下200 -2100 m和大陆边缘海底之下0 ~ 1100 m 的沉积物中，全球天然气水合物储量非常巨大，是全球常规燃料总碳量的2 倍。被视为后石油时代的重要替代能源。近日国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种，成为我国第173个矿种。
案例介绍
天然气水合物开发的钻井、完井及采气过程中，含水合物地层的力学性质发生变化，可能导致井壁失稳、出砂、地层坍塌、海底滑坡甚至海啸等工程和地质灾害，其中出砂是油气开采过程中储层砂粒随流体从储层中运移出来的现象。在天然气开发过程中，出砂问题可能尤为严重，因为天然气水合物埋藏浅，所处的沉积层通常未固结成岩且细粉砂含量较高，加上降压开采时生产压差较大，目前已成为制约天然气水合物安全高效开采的一个重要问题。各项目开采出砂情况（表1）
表1：水合物开采方法与防砂技术
麦索雅哈（Messoyakha）陆域水合物田从1967年开始生产，有明显的出砂现象，主要是由于较大的生产压差作用于弱固结的水合物储层所造成，因此其生产压差限定不高于40 psia。
麦肯齐（Mackenzie）陆域天然气水合物试开采过程中，2002年Mallik 5L-38 项目采用机械防砂，项目分别应用热采法和降压法，虽然有砂产出，但是未造成很大破坏；2007 年Mallik 2L-38 采用套管射孔完井，未采用防砂技术，在30h的有效试采时间内，井筒沉砂量达2m3，出砂导致电潜泵损坏，因此认识到在水合物井开发过程中出砂问题是制约其高效开采的关键因素；为防止砂堵，2008年2月下入防砂筛管，泵入口加防砂网，虽然有砂产出，但获得了比较稳定的产能。
阿拉斯加北坡陆域天然气水合物试开采过程中，在2008年和2012年均有砂产出，但未造成较大破坏。其中2012年采用二氧化碳置换水合物开采法，在射孔段还装有筛管防砂，但在高于原地甲烷水合物的分解压力生产阶段，Ignik Sikumi #1井由于产水和产气速度变化较大，有极细颗粒砂子的间歇性产出，但未影响正常试采。
日本南海海槽海域水合物开采项目（AT1-MC），采用垂直井砾石裸眼和防砂筛防砂，2013年3月12日下入电泵开始降压试采，一天之内井底流压从13.5 MPa 下降到5 MPa，随后监测产气动态，连续稳定的产气过程持续了近6d。累产气119500 m3（标准体积），累产水1162 m3，综合气水比为100，产砂30 m3。
2013 年3月18日，井底压力迅速回升，产水量迅速增加，地层砂大量产出。由于试采船不具备大量产出砂、液混合物的处理能力，井底压降也不足以使水合物进一步分解，且当日天气恶劣，为保证船及人员安全，试采作业被迫终止。
2017年3 月日本第二次试采，两口生产井分别使用不同型号的GeoFORM防砂系统，一种是下入井底前就预先膨胀的GeoFORM防砂系统，另一种是到井底才膨胀的GeoFORM防砂系统。共产气约23.5万m3，其中第一口生产井12天总计产气约3.5万m3，第二口生产井24天总计产气约20万m3；第一口井有出砂情况，而第二口井未出砂。
2017年5月中国地质调查局在南海神狐海域采用“地层流体抽取法”进行了我国首次天然气水合物试采，采用自主研发的防砂技术，同时由于产水较少，未出现明显的出砂问题。
2017年5月中国海洋石油公司在南海荔湾海域采用“固态流化开采技术” 对深水浅层非成岩天然气水合物进行了试采。该技术是将深水浅层非成岩天然气水合物矿体通过采矿车的机械破碎流化转移到密闭的气、液、固多相举升管道内，利用举升过程中海水温度升高、静水压力降低的自然规律使水合物逐步气化，变非成岩天然气水合物分解过程的不可控为可控，利用密度差实现部分砂回填，即将难以防住的砂流化到举升管内进行举升分离回填，从而最大程度避免了出砂问题。
虽然试开采过程中采用了不同的方法最大程度避免了出砂问题，但是由于试采时间普遍较短，产量也还没有达到商业化的规模，因此，目前的防砂技术能否适用于未来大规模的商业化开采还有待验证。
综上所述，在天然气水合物商业化开采前还需要进行出砂机理机制等问题进行研究，以便采用合适的防砂技术来避免停。
(来源：金正纵横)
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发表于 2017-12-8 18:01:04
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