注CO2法改造和保护天然气水合物储层相关基础研究

Because the hydrate-bearing sediment usually has no rock cap and is of low permeability, environment and geology risk may accompany the exploitation of natural gas hydrate. At the same time, these two characteristics may bring low production efficiency of natural gas. In order to remove these problems, here we propose a new idea, i.e., reforming and protecting natural gas hydrate reservoir by constructing a man-made cap using CO2 hydrate. The project will study some critical scientific issues involved in the development of this new technology, such as kinetic performance of CO2 hydrate cap, the control factors of the strength and permeability of the cap, the interaction of CO2 hydrate cap with sea water and its effect on the stability of the cap, the mechanism of the cap enhancing the production of natural gas hydrate as well as the migration of CO2 hydrate during the exploitation of natural gas hydrate. The main contents of the research include the formation thermodynamic and kinetics of CO2 hydrate cap, the permeability of methane and water through the CO2 hydrate cap, the stability of CO2 cap and the law of its degeneration, the influence of the cap upon the production efficiency of natural gas and the migration of CO2 hydrate. Based on above researches, it is anticipated that 6 to 9 SCI papers will be published, 2 to 3 patents will be applied and 3 international conferences will be joined， 8 PHD and Master students will be cultivated.

天然气水合物一般没有封闭盖层，储层低渗透，导致开采过程存在环境与地质风险，同时存在开采效率低的问题。针对此问本项目提出通过在甲烷水合物储层上生成CO2 水合物盖层来改造和保护天然气水合物储层的技术思想。本项目将围绕基于CO2 水合物的天然气水合物储层改造和保护技术研发涉及的CO2水合物盖层形成的动力学规律及控制其渗透性和结构强度的关键因素、海水和CO2水合物盖层的作用机制及对盖层稳定性的影响规律、甲烷水合物开采过程中CO2盖层的作用机制及其迁移规律等科学问题展开。主要研究内容包括：天然气水合物沉积层上部形成CO2水合物盖层的热、动力学规律；甲烷、水在CO2 水合物盖层的渗透特性；CO2水合物盖层的稳定性和退化规律；CO2水合物盖层对甲烷水合物开采效率的影响及开采过程中CO2水合物盖层的演变规律。预期发表SCI 收录论文6-9篇，申请国家发明专利2-3件，参加国际学术会议3次，培养博、硕士研究生8人。

针对非常规天然气水合物藏弱胶结、盖层不成岩的特点，本项目提出通过在甲烷水合物储层上生成低渗CO2水合物盖层来改造和保护天然气水合物储层的技术思想。并通过模拟实验以及理论分析对该思想的可行性展开了系统研究，完成了预定研究任务。取得的主要成果如下:. (1)研究了沉积物中CO2水合物生成动力学规律，发现不同相态CO2生成水合物的速率有显著差别，分析了储层原位地质特征对CO2水合物生成速率及转化率的影响。探索了不同盖层的形成方法，结果表明，相比于注气态CO2，注液态CO2或CO2乳液的方法更有利于构建低渗水合物盖层。(2)进行了CO2盖层渗透特性研究，发现较低的注入速率能够有效地降低盖层渗透性，CO2注入前缘与末端生成的水合物分别为孔隙填充型以及颗粒包裹型。注液态CO2以及CO2/水乳液进行储层改造的实验表明CO2盖层具有低渗特性，能够构造出封闭的降压环境，降低上覆水的渗流速率。利用分形分析方法，建立了含水合物沉积物渗透性的预测模型。(3)考察了CO2/水乳液注入工艺及上覆层压力对CO2水合物盖层稳定性的影响，发现低温低速注入能够强化盖层稳定性，上覆层压力增高会加快盖层退化失稳。实验测定了CO2水合物在不同流体条件下的稳定性，基于CO2扩散机理建立了CO2水合物分解速率模型。(4)开展了甲烷水合物降压开采模拟实验研究，对比了无CO2 水合物盖层和有CO2水合物盖层两种情况下的甲烷采收率。结果表明，在CO2水合物盖层的保护下，甲烷采收率显著提高。相比于注液态CO2，注CO2/水乳液生成的盖层质量更高。通过对实验过程中温度以及采出气组成的分析，提出了开采过程中CO2水合物盖层“增厚-退化-失稳”的动态演化机理。相关研究发表期刊论文18篇，其中SCI收录论文17篇，EI收录论文1篇；发表国际会议论文3篇；申请发明专利3项，