海洋可燃冰采掘利用系统设计及储层尺度的数值模拟
发布时间：2021-11-22 20:00
近年来,海洋可燃冰的开发利用已经成为国际能源研究领域的重要新兴课题.本文介绍了一种利用海洋可燃冰系统的低碳排放的开采,并进行了经济性论证和开采策略的数值分析工作.以日本南部海域海槽和中国神狐海域的开采情景为例,着重针对近年中日两国的开采活动及其开采策略进行了分析.研究表明:单一的降压开采和注热开采会遇到复杂的井口效应和能效问题,策略性组合设计能够获得较好的开采效率.研究确证了地层热管理和注热水、地层热流对可燃冰储层分解过程的影响.总结了当前海洋可燃冰开采方式的利弊,提出了低碳排放的开采方法,以期为未来进一步的海洋可燃冰试采工作和规模化利用提供有益的参考.
【文章来源】：科学通报. 2018,63(31)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(网络版彩色)可燃冰稳定特性曲线与代表性开采方法
3243论文图2(网络版彩色)可燃冰低碳开采和发电利用系统示意图Figure2(Coloronline)Schematicoflow-carbonemissionextractionandpowergenerationsystem入热流体的同时实现二氧化碳的注入和地下封存;(4)整体而言,浮游移动式平台能够实现既充分采掘利用了海底可燃冰直接向陆地客户提供电力,同时又实现碳封存,从而实现环境友好的高效可燃冰利用.1.2系统发电和碳回收系统为了分析系统的整体能量流动和物质平衡,针对浮游式可燃冰利用系统进行了整体流程和效率分析.如图3所示,该系统主要包括发电系统和碳回收系统,其中的电力主要输送给陆地上用户和部分分离回收系统使用.发电系统产生的部分余热也被碳回收系统和加热海水所利用.该系统发电利用部分和碳回收流程的物质和能量流动的细节具体如图3所示.发电过程采用了成熟的燃气轮机发电.其尾气中的CO2通过多级吸收塔吸收分离,并经过进一步加压之后再次注入地层.在热量利用方面,一部分的发电余热被用来供给CO2回收分离,另一部分被用于加热海水从而再次注入储层.系统在发电系统、水流和吸收液系统都设计了热交换器,充分考虑了余热的利用和整体的能量平衡,从而实现整体的经济性和效率提升.1.3经济性分析本研究所设计的发电利用和二氧化碳回收系统经济性分析的参数如表1所示.在一般性的发电和二氧化碳吸收式回收条件下,通过HYSYS(V8.4)模拟软件计算获得了系统整体可燃冰发电系统效率[6].结合发电效率、单井开采发电和输送成本、海洋平台成本、人工成本以及生产周期的维护成本的计算所获得的以相对于井口产气速率所对应的发电电价如表2所示.具体计算方法和部分参数参考了Chen等人[12]以及日本可燃冰研究组织的资料(http://www.mh21japan.gr.jp/mh/06-2/#3).
0.38层30.4水合物饱和度Sh0.55层1-0.45层2-0.50层30.45水合物层渗透率kHBL(mD)75100水合物层底部压力P0(MPa)13.413.8水合物层底部温度T0(°C)14.914.2上覆层渗透率kOB(mD)075工况1,10工况2下覆层渗透率kUB(mD)1075工况1,10工况2生产井压力Pwell(MPa)3.03.0分别设计了不同初始温度间隔下的开采情景,即在不同地层初温和初始渗透率条件下的采气情景(pini=9.8MPa和12.0MPa条件下,初温分别各自升高到平衡曲线对应的温度附近),结果如图5所示.结果表明:(1)当压力一定,温度升高时,产量和生产速率都能够得到大幅提升;在接近平衡曲线对应的温度值附近或者较高温度条件下的温度提升所带来的产气速率提升更为明显;(2)储层压力提高时(9.8MPa提升到12.0MPa),同样温度范围内的计算得到的生产速率降低,并且在低温区间提升温度获得的提升变小;这是因为压力升高时,对应的平衡温度也更高.据此,在开采过程中的注热和预热过程将促进可燃冰的开采速率提升.这一结果和文献[19~21]中的趋势基本一致.2.2.2日本南部海域海槽和中国神狐的情景(竖直井模型):产量与参数分析采用竖直井开采模型计算了日本南部海域海槽和中国神狐的情景,针对可燃冰层均一饱和度条件下的计算结果如图6所示.该结果和日本2013年的采气过程实际产量相吻合,发现日本南部海域海槽模型的渗透率范围应该在50~150~200md组合范围内.在该条件下的模型计算产量和生产速率能够和实际生产过程相比拟.同样地,针对中国神狐2017年的实际采气结果,神狐竖直井模型的渗透率在150md的水平.针对在前人研究[7,11,17]中,实际的开采岩样测试所获得的渗透率受到环境条件和测试过程本身的影响,其结果在0.1~
本文编号：3512355
【文章来源】：科学通报. 2018,63(31)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(网络版彩色)可燃冰稳定特性曲线与代表性开采方法
3243论文图2(网络版彩色)可燃冰低碳开采和发电利用系统示意图Figure2(Coloronline)Schematicoflow-carbonemissionextractionandpowergenerationsystem入热流体的同时实现二氧化碳的注入和地下封存;(4)整体而言,浮游移动式平台能够实现既充分采掘利用了海底可燃冰直接向陆地客户提供电力,同时又实现碳封存,从而实现环境友好的高效可燃冰利用.1.2系统发电和碳回收系统为了分析系统的整体能量流动和物质平衡,针对浮游式可燃冰利用系统进行了整体流程和效率分析.如图3所示,该系统主要包括发电系统和碳回收系统,其中的电力主要输送给陆地上用户和部分分离回收系统使用.发电系统产生的部分余热也被碳回收系统和加热海水所利用.该系统发电利用部分和碳回收流程的物质和能量流动的细节具体如图3所示.发电过程采用了成熟的燃气轮机发电.其尾气中的CO2通过多级吸收塔吸收分离,并经过进一步加压之后再次注入地层.在热量利用方面,一部分的发电余热被用来供给CO2回收分离,另一部分被用于加热海水从而再次注入储层.系统在发电系统、水流和吸收液系统都设计了热交换器,充分考虑了余热的利用和整体的能量平衡,从而实现整体的经济性和效率提升.1.3经济性分析本研究所设计的发电利用和二氧化碳回收系统经济性分析的参数如表1所示.在一般性的发电和二氧化碳吸收式回收条件下,通过HYSYS(V8.4)模拟软件计算获得了系统整体可燃冰发电系统效率[6].结合发电效率、单井开采发电和输送成本、海洋平台成本、人工成本以及生产周期的维护成本的计算所获得的以相对于井口产气速率所对应的发电电价如表2所示.具体计算方法和部分参数参考了Chen等人[12]以及日本可燃冰研究组织的资料(http://www.mh21japan.gr.jp/mh/06-2/#3).
0.38层30.4水合物饱和度Sh0.55层1-0.45层2-0.50层30.45水合物层渗透率kHBL(mD)75100水合物层底部压力P0(MPa)13.413.8水合物层底部温度T0(°C)14.914.2上覆层渗透率kOB(mD)075工况1,10工况2下覆层渗透率kUB(mD)1075工况1,10工况2生产井压力Pwell(MPa)3.03.0分别设计了不同初始温度间隔下的开采情景,即在不同地层初温和初始渗透率条件下的采气情景(pini=9.8MPa和12.0MPa条件下,初温分别各自升高到平衡曲线对应的温度附近),结果如图5所示.结果表明:(1)当压力一定,温度升高时,产量和生产速率都能够得到大幅提升;在接近平衡曲线对应的温度值附近或者较高温度条件下的温度提升所带来的产气速率提升更为明显;(2)储层压力提高时(9.8MPa提升到12.0MPa),同样温度范围内的计算得到的生产速率降低,并且在低温区间提升温度获得的提升变小;这是因为压力升高时,对应的平衡温度也更高.据此,在开采过程中的注热和预热过程将促进可燃冰的开采速率提升.这一结果和文献[19~21]中的趋势基本一致.2.2.2日本南部海域海槽和中国神狐的情景(竖直井模型):产量与参数分析采用竖直井开采模型计算了日本南部海域海槽和中国神狐的情景,针对可燃冰层均一饱和度条件下的计算结果如图6所示.该结果和日本2013年的采气过程实际产量相吻合,发现日本南部海域海槽模型的渗透率范围应该在50~150~200md组合范围内.在该条件下的模型计算产量和生产速率能够和实际生产过程相比拟.同样地,针对中国神狐2017年的实际采气结果,神狐竖直井模型的渗透率在150md的水平.针对在前人研究[7,11,17]中,实际的开采岩样测试所获得的渗透率受到环境条件和测试过程本身的影响,其结果在0.1~
本文编号：3512355
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