考虑天然气水合物分解的海底边坡稳定性数值模拟研究

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作者 王怡萱 何玉发 李清平 《高校地质学报》 北大核心 2025年第3期335-345,共11页

天然气水合物分解是导致海底边坡失稳的重要原因之一,科学评价含水合物储层海底边坡稳定性是安全高效开采的前提。文章基于有限元强度折减法,对中国南海神狐海域某海底边坡稳定性进行分析,重点考虑了天然气水合物分解对抗剪强度的影响,... 天然气水合物分解是导致海底边坡失稳的重要原因之一,科学评价含水合物储层海底边坡稳定性是安全高效开采的前提。文章基于有限元强度折减法,对中国南海神狐海域某海底边坡稳定性进行分析,重点考虑了天然气水合物分解对抗剪强度的影响,研究结果表明:随着天然气水合物分解程度的提高,边坡稳定性整体呈现降低趋势。分解程度在40%~80%之间时,边坡稳定性对水合物分解变化较为敏感,随着分解程度的提高,安全系数迅速减小,最危险滑动面深度显著增加,超过水合物储层位置。通过有限元数值模拟,本研究建立了一套对含水合物储层边坡稳定性分析的方法,为海洋天然气水合物资源开采中的地质风险评价和防控奠定理论基础。 展开更多

关键词 天然气水合物 边坡稳定性 强度折减法 安全系数

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双井周期注CO_(2)联合降压法开采天然气水合物分析 被引量：5

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作者 张逸群 杜红星 +1 位作者 王海柱 李根生 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期199-213,共15页

相较于单纯地封存CO_(2),CO_(2)置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)能够满足水合物资源开采和碳封存的双重需求。为确保安全高效开发水合物的同时提高CO_(2)封存率,按照双井周期注入CO_(2)联合降压法开采水合物的思路,以中国南海... 相较于单纯地封存CO_(2),CO_(2)置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)能够满足水合物资源开采和碳封存的双重需求。为确保安全高效开发水合物的同时提高CO_(2)封存率,按照双井周期注入CO_(2)联合降压法开采水合物的思路,以中国南海典型水合物藏为研究对象,建立了矿藏尺度水合物注采热—流—固—化四场耦合数值模型,并开展了连续、间歇、循环3类注入开采方案和单井降压开采方案的对比分析,然后模拟分析注CO_(2)辅助水合物降压开采的增产效果,最后对比了不同注入方案的CO_(2)回收和封存情况,探索了水合物法碳封存的可行性。研究结果表明:(1)邻井CO_(2)的注入有助于降低产水量并缓解降压开采引起的地质沉降;(2)间歇注入较循环注入可促进储层中CO_(2)水合物生成,扩大注入井附近的高温区域,有利于生产井附近水合物的分解;(3)连续注入方式有利于分解气体的产出,但双井注采模式降低了甲烷水合物分解程度;(4)双井注采的CO_(2)注入分为快速注入阶段、反转阶段和缓慢注入阶段,其中双井间歇注入方案的CO_(2)注入效率最高。结论认为,双井间歇注入CO_(2)复合降压法能够在安全、高效开采水合物的同时具有相对可观的碳封存效果,是一种实现水合物商业化开采和助力双碳目标实现的潜在方法,研究成果对于天然气水合物开发及CO_(2)地质封存具有理论指导意义。 展开更多

关键词 天然气水合物 降压开采 CO_(2) 双井循环注入 产能模拟 碳封存 水合物分解 地质沉降

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琼东南盆地天然气水合物与浅层气分布特征与潜力区 被引量：1

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作者 周吉林 李丽霞 +4 位作者 朱振宇 王秀娟 靳佳澎 王耀葵 张正一 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2630-2640,共11页

南海北部天然气水合物勘探与钻探揭示天然气水合物与下伏浅层气具有复杂的共存关系,而天然气水合物与浅层气的共存区是未来非常规资源联合开发的目标。为查明琼东南盆地砂质储层高富集水合物与浅层气有利目标区,结合已有钻探结果及三维... 南海北部天然气水合物勘探与钻探揭示天然气水合物与下伏浅层气具有复杂的共存关系,而天然气水合物与浅层气的共存区是未来非常规资源联合开发的目标。为查明琼东南盆地砂质储层高富集水合物与浅层气有利目标区,结合已有钻探结果及三维地震数据,通过频谱分解-RGB振幅属性融合刻画了砂质储层水合物与浅层气的空间分布特征。研究结果表明,第四纪以来块体搬运沉积体底界海底扇体为良好的富砂质储层,局部位置位于气烟囱构造顶部,受深部高通量流体运聚控制,为高富集水合物的主要目标区。研究区浅层气潜力区主要位于水道末端扇体和水道-天然堤沉积体系,多层浅层气在水合物层下方发育,浅层气藏为上方水合物提供充足的气源条件,同时浅层块体搬运沉积体与含水合物地层为浅层气发育提供良好盖层,因此,琼东南盆地存在水合物与浅层气共存的有利砂质储层勘探靶区。此外,受浅层块体搬运沉积体厚度影响,局部浅层气异常区位于水合物稳定带底界附近,有利于更大规模的水合物成藏,该目标具有良好的商业开发潜力。 展开更多

关键词 天然气水合物 浅层气 砂层 扇体 琼东南盆地

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海洋砂质水合物研究进展、勘探流程和难点挑战

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作者 樊奇 付强 +4 位作者 郭刚 朱振宇 庞维新 李清平 卓海腾 《石油实验地质》 北大核心 2025年第2期235-247,共13页

天然气水合物是海洋能源的重要开拓领域,但南海泥质粉砂型水合物的技术和经济门槛高、开发潜力争议大。梳理了近20年中国、美国、日本在海域砂质水合物勘探中取得的重要进展和观点,对3种主要水合物类型(泥质粉砂孔隙充填型、泥质粉砂裂... 天然气水合物是海洋能源的重要开拓领域,但南海泥质粉砂型水合物的技术和经济门槛高、开发潜力争议大。梳理了近20年中国、美国、日本在海域砂质水合物勘探中取得的重要进展和观点,对3种主要水合物类型(泥质粉砂孔隙充填型、泥质粉砂裂隙充填型、砂质孔隙充填型)进行论述,结合实例梳理了砂质水合物在岩心、测井、实验角度的特点,介绍了“水合物成藏系统”的勘探评价步骤,讨论了非成岩储层评价、温度—压力变化、地质力学、保压取心等难题挑战。结果表明,砂质孔隙充填型水合物(可拓展至粉砂粒级)是目前唯一具备经济价值的水合物类型,具有饱和度高(40%~90%)、电阻率高、地层强度高、石英含量偏高(56%~77%)、粒度中值偏高(约56~87μm)等特点,多为白灰色、黑灰色分选均匀的粉砂状沉积,有明显磨砂感,发育孔洞构造。应当加强“水合物成藏系统”在砂质水合物勘探中的推广应用,进一步攻关非成岩储层评价、温度—压力变化引起的相变、复杂的地质力学问题、保压取心技术等问题。重新审视水合物的资源价值,以期为“两气合采”工作提供理论基础和科学参考。 展开更多

关键词 砂质水合物 勘探评价 资源潜力 天然气水合物

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中国南海天然气水合物开发面临的挑战与思考 被引量：27

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作者 周守为 李清平 +2 位作者 朱军龙 庞维新 何玉发 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期152-163,共12页

初步勘查结果表明,中国南海具有广阔的天然气水合物(以下简称水合物)资源前景,并主要赋存于该区深水陆坡浅层未固结的泥质粉砂中,其开发过程集水合物相变、储层骨架溃散、气—液—固多相渗流与输运于一体,面临着单井产气量低、持续生产... 初步勘查结果表明,中国南海具有广阔的天然气水合物(以下简称水合物)资源前景,并主要赋存于该区深水陆坡浅层未固结的泥质粉砂中,其开发过程集水合物相变、储层骨架溃散、气—液—固多相渗流与输运于一体,面临着单井产气量低、持续生产困难、有可能带来生态环境风险、经济效益低、难以实现规模化开发等问题。为了早日实现对该区水合物的商业化开采,梳理了全球主要地区水合物远景资源量、开采方法及试采进展;从中国南海水合物成藏机制、开采过程中气—液—固多相流连续排采、生态环境风险、技术与装备等方面,分析了其中的科学问题和工程技术挑战,阐释了水合物商业化开采之路坎坷艰难之原因。研究结果表明,尽管面临诸多挑战,但经过20多年的持续攻关,我国已经建立了相对系统的水合物基础物性、开采模拟与力学特性实验装备,奠定了进一步开展相关研究的理论、实验和装备基础,在海域水合物试采等部分技术领域处于国际领先水平;进而提出了“水合物和深部气等多气源合采”“CO_(2)水合物置换开发及固化封存”“海上多能种区域协同一体化开发”等有助于实现水合物商业开发的潜力路径,并分析了其技术原理和实现途径。 展开更多

关键词 中国南海 天然气水合物 物理模拟 多气源合采 置换开发 固化封存 协同一体化开发

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基于高压微流控芯片的水合物相变与气泡演化研究 被引量：1

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作者 张吉东 殷振元 +3 位作者 李清平 李淑霞 焦红梅 刘晓惠 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1615-1623,共9页

天然气水合物因其巨大的资源量与高能量密度而被视为一种前景广阔的能源.理解孔隙尺度下天然气水合物生成与分解动力学及气-水-水合物三相分布对优化天然气水合物开采工艺至关重要.文章设计了一种新型的高压微流控可视化实验装置(最高耐... 天然气水合物因其巨大的资源量与高能量密度而被视为一种前景广阔的能源.理解孔隙尺度下天然气水合物生成与分解动力学及气-水-水合物三相分布对优化天然气水合物开采工艺至关重要.文章设计了一种新型的高压微流控可视化实验装置(最高耐压19.0 MPa),可实现孔隙尺度下气体水合物生成和分解相变的直接观测.首先,观测并分析了南海神狐海域温压条件下(压力15.5 MPa)甲烷水合物的成核与生长过程.通过图像识别算法分析了热激法下3种升温速率(0.5,2.0和8.0 K/h)对甲烷水合物分解动力学与气泡演化规律.实验结果表明,孔隙中存在两种不同的甲烷水合物生成机制:(1)甲烷气泡主导生成的气-水-水合物三相共存的疏松多孔型水合物;(2)水中溶解相甲烷主导生成的致密单晶型水合物.其中,单晶型水合物包裹在多孔型水合物周围并呈树突状生长,在接触甲烷气泡时会诱导多孔型水合物的快速成核与生长.水合物分解过程中,气-水-水合物三相共存的多孔型水合物优先分解,单晶型水合物相对稳定,其分解温度高于多孔型水合物约0.3 K.孔隙内水合物分解后产生明显的气泡聚集与融合现象,气泡平均直径为60~100μm.提高升温速率显著加快了水合物分解速率,更有利于气泡融合,造成较大气泡在孔隙内分布.本研究为甲烷水合物在孔隙尺度下生成、分解与微米级气泡演化提供直接实时观测证据,研究结果对深入理解水合物分解动力学与水合物沉积物两相渗流理论提供基础支撑. 展开更多

关键词 甲烷水合物 高压微流控 水合物形貌 气泡演化 相变动力学 多孔介质

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三气合采井下分层调控工具高速流体冲蚀研究

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作者 唐洋 向上 +2 位作者 赵鹏 王杰 王国荣 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期93-106,共14页

目的针对三气合采复杂工况导致井下分层调控工具易冲蚀失效的问题,开展高速气固混合流体对该工具冲蚀规律研究,以获得其最优结构设计参数。方法通过计算流体力学的方法建立了井下分层调控工具的三维冲蚀模型,并采用离散相模型描述了固... 目的针对三气合采复杂工况导致井下分层调控工具易冲蚀失效的问题,开展高速气固混合流体对该工具冲蚀规律研究,以获得其最优结构设计参数。方法通过计算流体力学的方法建立了井下分层调控工具的三维冲蚀模型,并采用离散相模型描述了固相颗粒的运动轨迹。通过数值模拟分析,得到了井下分层调控工具的易冲蚀区域,并通过实验验证了不同结构参数和产量下的冲蚀破坏机理。结果冲蚀磨损区域主要分布在笼套段底部、节流孔及其内壁面、笼套段与固定油嘴的过渡段、固定油嘴入口端、固定油嘴内壁面。随着固定油嘴入口角度增大,固定油嘴内壁面最大冲蚀率变化不大,过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率先增大后减小再增大。随着笼套底部半径增大,笼套段底部最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,但节流孔及其内壁面最大冲蚀率逐渐增大。随着笼套式阀芯开度增大,节流孔及内壁面最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,过渡段及油嘴入口端最大冲蚀率在阀芯开度为60%时取得最大值。随着固相颗粒粒径以及质量流量的增大,节流孔及内壁面、过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率呈增大趋势,笼套段底部和固定油嘴内壁面最大冲蚀率较低且无明显变化。结论本研究结果揭示了高速高压气固两相流对两级节流结构的冲蚀破坏机理,在设计同类井下工具时,可选择固定油嘴进口角为25°~30°,笼套底部半径为25~30 mm,阀芯开度小于50%或大于70%。 展开更多

关键词 三气合采 井下分层调控工具 冲蚀失效机理 数值分析 计算流体力学 天然气水合物

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海洋CO_(2)管道输送技术现状与展望 被引量：6

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作者 王子明 李清平 +2 位作者 李姜辉 范振宁 张建 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期74-91,共18页

管道输送是经济高效的CO_(2)运输方式,海洋CO_(2)运输是离岸碳捕集、利用与封存(CCUS)产业链的关键环节和规模化开展离岸CCUS工程建设所需的核心技术。本文明晰了我国实施离岸CCUS的优势、典型海洋碳运输情境和海洋CO_(2)运输方式,剖析... 管道输送是经济高效的CO_(2)运输方式,海洋CO_(2)运输是离岸碳捕集、利用与封存(CCUS)产业链的关键环节和规模化开展离岸CCUS工程建设所需的核心技术。本文明晰了我国实施离岸CCUS的优势、典型海洋碳运输情境和海洋CO_(2)运输方式,剖析了国内外海洋CO_(2)管道输送的技术与工程概况;从CO_(2)流体相态及流动安全,沿程腐蚀风险评估、监测及预警,CO_(2)泄漏实时监测技术,高压CO_(2)泄放及对环境的影响等方面梳理了海洋CO_(2)管道输送工艺技术现状;从CO_(2)管道材料断裂行为及止裂措施、高耐蚀及密封材料、碳钢管道长寿命运行的关键腐蚀控制技术、注采井筒的腐蚀风险评估等方面梳理了海洋CO_(2)管道材料技术现状。研究认为,加快发展适应海洋CO_(2)管道输送复杂工况的材料体系、全流程CO_(2)管道的智慧管理与数字孪生技术、海底CO_(2)管道全生命周期运行关键技术、在役海底管道改输评估与保障技术,采取加快推动我国近海碳封存CO_(2)管网规划、拓展和深化跨行业/跨机构合作模式创新、系统建设海陆统筹的标准体系、引导专业化技术服务企业深度参与海底CO_(2)管网建设等举措,促进我国海洋CO_(2)管道输送体系高质量建设。 展开更多

关键词 CO_(2)管道 离岸CCUS 海底管道 管道腐蚀 管道断裂 泄漏监测

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CO_(2)海洋封存的思考与新路径探索 被引量：8

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作者 周守为 李清平 +3 位作者 朱军龙 周云健 赵常忠 何玉发 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1-10,I0001,共11页

实现碳达峰碳中和目标既是应对气候变化的必由之路,也是中国彰显大国责任担当和推动构建人类命运共同体的迫切需要。中国目前碳封存选址大多都集中在陆地,并且主要以气态CO_(2)或者液态CO_(2)的方式进行碳封存。陆地的碳封存潜力不及海... 实现碳达峰碳中和目标既是应对气候变化的必由之路,也是中国彰显大国责任担当和推动构建人类命运共同体的迫切需要。中国目前碳封存选址大多都集中在陆地,并且主要以气态CO_(2)或者液态CO_(2)的方式进行碳封存。陆地的碳封存潜力不及海洋,而且前者对于储层的地质条件和作业条件要求均较高。海洋是地球上最大的活跃碳库,碳封存潜力巨大,目前中国已建成第一个海上碳封存项目——“恩平15-1”CO_(2)封存示范项目。为了加快推进CO_(2)海洋封存目标的实现,提出了CO_(2)水合物固态封存的新思路,探索了海洋碳封存的整体路径。研究结果表明:①基于甲烷水合物开发的逆向思维,以及CO_(2)水合物形成条件远不及甲烷水合物苛刻的特点,可以将CO_(2)注入海底形成CO_(2)水合物碳矿;②基于“固态流化”法的逆向原理及思维将液态CO_(2)直接注入甲烷水合物层及其下伏层的泥砂中,不仅可以利用CO_(2)置换开发甲烷水合物,而且还能在海底浅层形成CO_(2)水合物进而实现碳封存;③利用现有油气田开发平台和设备,选择有利于CO_(2)封存的地质构造和咸水层,有望实现油气田开发和海洋碳封存的协同发展。结论认为,该方法已经通过了实验室可行性验证,有望为未来碳捕集、利用与封存(CCUS)提供新的解决方案。 展开更多

关键词 海洋碳封存 碳矿 CO_(2)水合物 CO_(2)地质封存 “固态流化”法 甲烷水合物 CCUS

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我国海洋地热能开发利用研究

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作者 付强 程兵 +3 位作者 吴英 宋荣彩 王君傲 高宇 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2024年第4期222-233,共12页

我国海洋地热能资源丰富,尚未得到较好开发利用,如能与其他海洋资源实现融合开发利用,将对保障我国能源安全、实现“双碳”目标、建设能源强国、构建新型能源体系以及岛礁建设和深远海开发具有重要的战略意义。本文系统梳理了国内外海... 我国海洋地热能资源丰富,尚未得到较好开发利用,如能与其他海洋资源实现融合开发利用,将对保障我国能源安全、实现“双碳”目标、建设能源强国、构建新型能源体系以及岛礁建设和深远海开发具有重要的战略意义。本文系统梳理了国内外海洋地热能利用现状,分析了我国海洋地热能利用面临的挑战,指出了我国海洋地热能利用未来的重点发展方向:海洋地热能勘探开发核心技术和关键装备、海洋地热能利用核心技术和关键装备、海洋地热能产业及产业链构建;并阐述了阶段性发展目标,提出了我国海洋地热能利用的2个典型模式:与海上稠油和海上天然气水合物融合开发的地下直接利用模式。研究建议:统筹海洋功能区划,将海洋地热能和海洋油气区块纳入国家统一规划;优先摸清南海海洋地热能及与其他海洋资源重叠优势区域分布情况;加快攻关海洋地热能开发利用核心技术和关键装备;加大对海洋地热能开发利用的财政支持力度,并给予补贴和财税优惠政策支持,充分调动企业积极性;在海洋地热能富集区开辟先导试验,积极探索与海洋其他资源融合开发示范,以此促进我国海洋地热能利用的高质量发展。 展开更多

关键词 海洋地热能 开发利用 油气 稠油 天然气水合物 融合开发

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深水海底管道软管内部流体渗透特性模型与试验研究 被引量：1

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作者 李焱 郑利军 +1 位作者 张恩勇 王云飞 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第S01期118-125,共8页

深水油气输送软管是深水油气田开发工程重要的设施,准确模拟气体渗透冷凝的动态过程是关乎软管设计是否安全可靠的关键技术之一。以我国海上某油田深水软管为研究对象,开展深水油气输送软管内部复杂气体CH4、CO_(2)、H2S和气相水等渗透... 深水油气输送软管是深水油气田开发工程重要的设施,准确模拟气体渗透冷凝的动态过程是关乎软管设计是否安全可靠的关键技术之一。以我国海上某油田深水软管为研究对象,开展深水油气输送软管内部复杂气体CH4、CO_(2)、H2S和气相水等渗透规律研究,考虑高分子聚合物密封材料、厚度、气体压力、温度、流速、软管界面结构形式等不同影响软管渗透性的因素,将软管几何模型划分为管内流体、管道结构和环空三个空间,建立复合柔性软管多相流动传热传质耦合计算模型,并进行了实验室规模的材料和样管实验,原型管道试验以及平台现场测试,其中模型结果与样管实验最大误差为7%,与原型管道试验结果最大误差为12.3%,计算模型与现场运行结果趋势规律一致,很好地为深水软管设计以及软管安全运行管理提供技术支持。 展开更多

关键词 深水海底管道 多相流动传热传质耦合 渗透模型

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