本發(fā)明屬于天然氣水合物開采，具體涉及一種利用有機質(zhì)促進二氧化碳置換的天然氣水合物開采方法。

背景技術(shù)：

1、天然氣水合物（ngh），即可燃冰，是由小客體分子（主要是ch4）和水在低溫高壓下形成的結(jié)晶化合物。最近，在海洋沉積物和永久凍土地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的ngh。作為一種清潔能源，開采和利用天然氣有望減少碳排放和全球變暖。通過改變水合物的穩(wěn)定條件，人們探索了多種開采方法，包括減壓、熱刺激、注入抑制劑和ch4/co2置換。ch4/co2替代利用了海底巨大的二氧化碳封存能力，具有幾乎不損害海洋生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢。因此，它被認為是應對能源短缺、溫室效應以及與其他開采方法相關(guān)的地質(zhì)風險等多重挑戰(zhàn)的一種有前途的解決方案。

2、ch4/co2置換的自發(fā)性和可行性已在熱力學和動力學中得到驗。為了提高ch4回收率和co2封存率，還探索了將ch4/co2置換與其他方法相結(jié)合，如減壓、間歇加熱等。本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，實際的ch4/co2置換與含水沉積物的性質(zhì)密切相關(guān)，而有機質(zhì)則使這一過程更加復雜，在海洋地質(zhì)環(huán)境中嚴禁使用有毒和破壞性添加劑，因此一些生態(tài)友好型或天然添加劑需要首先進行實驗室規(guī)模試驗。如前所述，有機質(zhì)對水合物的形成具有明顯的促進作用，而其對ch4/co2交換的影響在目前的文獻中鮮有報道。那么注入這些有機物無疑是未來幫助ch4/co2交換的一個好選擇。

3、因此，本發(fā)明利用有機質(zhì)促進二氧化碳置換開采天然氣水合物。系統(tǒng)研究了有機物類型和含量的影響。本發(fā)明的目標之一是闡明有機物對ch4/co2置換的影響，另一個目標是篩選一些好的天然添加劑來幫助水合物相中的氣體交換。發(fā)明結(jié)果將為利用ch4/co2置換實際開采ngh提供有價值的見解。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了天然氣水合物二氧化碳置換開采促進劑木質(zhì)素、黃腐酸和腐植酸的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下：

2、

3、木質(zhì)素

4、

5、黃腐酸

6、

7、腐植酸（結(jié)構(gòu)式中r表示對該分子性質(zhì)影響不大的烷基）

8、?傳統(tǒng)天然氣開采存在著能耗高、效率低、破壞環(huán)境等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高效、安全、無污染的天然氣水合物置換開采輔助劑。系統(tǒng)研究了有機質(zhì)類型（木質(zhì)素、腐植酸、黃腐酸）和含量對二氧化碳置換開采天然氣水合物的影響。結(jié)果表明，有機質(zhì)明顯改善了ch4/co2的置換。含1.0?wt%?腐植酸的沉積物的ch4回收率和co2封存率分別達到51.07%和30.66%，比不含有機質(zhì)的系統(tǒng)分別提高了64.69%和43.00%。這些發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解實際應用中的ch4/co2置換，并為今后利用ch4/co2置換實際開采ngh提供有價值的見解。

9、本發(fā)明所提出的方法，是一種利用有機質(zhì)促進二氧化碳置換的天然氣水合物開采方法。所述有機質(zhì)為木質(zhì)素、黃腐酸和腐植酸中的一種或兩種以上，該有機質(zhì)能夠促進二氧化碳置換開采天然氣水合物。具體是將有機質(zhì)引入天然氣水合物的儲層中，使有機質(zhì)在儲層中的濃度達到1.0?wt%-10.0?wt%后進行進二氧化碳置換。

10、進一步地，該方法包括以下步驟：所述有機質(zhì)對co2置換天然氣水合物的影響模擬方法包括如下步驟：

11、（1）加料：將四種1250目粘土（蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石）和五種硅砂（40~70目、70~120目、100~200目、325目和600目）按一定的質(zhì)量比（1.5:0.9:0.3:0.3:1:1:2:1:1）混合均勻，混合礦物的孔隙率和平均粒徑分別為?45.91%和6.767?μm。反應體系的初始液體為14?g含3.5wt%?nacl和有機質(zhì)的溶液。配置反應體系，將上述初始溶液引入沉積物（90g）中混合均勻，然后將處理好的沉積物填入反應釜并壓實；

12、（2）天然氣水合物合成：通入氣體甲烷，實驗壓力8.5?mpa，實驗溫度274.15?k，反應器壓力的突降表明水合物開始生成，當反應器溫度和壓力長時間保持恒定（5小時以上）時，認為ch4水合物生成實驗完成，水合物飽和度范圍為20%-60%；

13、（3）二氧化碳置換：ch4水合物合成結(jié)束后，實驗溫度降至268.15?k，在此溫度下，ch4水合物具有最佳的自我保存效。反應器溫度穩(wěn)定后，釋放ch4，并迅速注入預冷的co2至所需值。隨后，將實驗溫度升高至預期值，開始置換實驗。然后從反應器中采集氣體樣品，將反應完成后的氣體樣本通過氣相色譜儀測出其中各組分含量，并計算ch4置換率和co2封存率。

14、優(yōu)選的，步驟（1）有機質(zhì)的濃度范圍是1.0?wt%-10.0?wt%。

15、優(yōu)選的，步驟（3）中天然氣水合物的置換過程中注入co2使反應釜的壓力維持在2.5?mpa-3.5?mpa范圍內(nèi)，實驗溫度升高的預期值為268.15?k-277.15k。

16、優(yōu)選的，步驟（3）中天然氣水合物的置換時間范圍為120小時。

17、優(yōu)選的，所述天然氣包括甲烷、乙烷、丙烷中的一種或一種以上。

18、與傳統(tǒng)的天然氣水合物開方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

19、（1）固碳：二氧化碳置換法有助于全球控制二氧化碳，相較于傳統(tǒng)的開采方法，該方法還保持儲層力學穩(wěn)定性、減少出水出砂、減少額外能量輸入等優(yōu)勢。

20、（2）置換效率高：有機物明顯改善了ch4/co2的置換。含1.0?wt%?腐植酸的沉積物的ch4回收率和co2封存率分別達到51.07%和30.66%，比不含有機物的系統(tǒng)分別提高了64.69%和43.00%。為今后在天然氣置換中獲得富含ch4的天然氣提供了新思路。

21、（3）環(huán)境友好：有機質(zhì)具有廣泛的來源，并且具有良好的生物降解性，對環(huán)境的影響較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

22、（4）操作簡便：本發(fā)明所述的結(jié)合有機質(zhì)的二氧化碳置換開采天然氣水合物的方法，操作簡單，避免復雜的設(shè)備和繁瑣的操作流程，更加適用于工業(yè)化生產(chǎn)，對于優(yōu)化置換開采天然氣水合物具有重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)特征：

1.一種利用有機質(zhì)促進二氧化碳置換的天然氣水合物開采方法，其特征在于，所述有機質(zhì)為木質(zhì)素、黃腐酸和腐植酸中的一種或兩種以上，該有機質(zhì)能夠促進二氧化碳置換開采天然氣水合物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將有機質(zhì)引入天然氣水合物的儲層中，使有機質(zhì)在儲層中的濃度達到1.0?wt%-10.0?wt%后進行進二氧化碳置換。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，四種1250目粘土分別為蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石，五種硅砂分別為40~70目、70~120目、100~200目、325目和600目；所述的有機質(zhì)為木質(zhì)素、黃腐酸和腐植酸中的一種或兩種以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（3）中天然氣水合物的置換過程中注入co2使反應釜的壓力維持在2.5?mpa-3.5?mpa范圍內(nèi)，實驗溫度升高的預期值為268.15k-277.15?k。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（1）有機質(zhì)的濃度范圍是1.0?wt%-10.0?wt%。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（3）中天然氣水合物的置換時間范圍為120小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述天然氣包括甲烷、乙烷、丙烷中的一種或一種以上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于天然氣開采領(lǐng)域，公開了一種利用有機質(zhì)促進二氧化碳置換的天然氣水合物開采方法。屬于天然氣水合物開采技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：首先，在低溫下，向填裝含有機質(zhì)沉積物的高壓反應釜中通入甲烷氣體，快速反應后獲含水合物的沉積物儲層。隨后注入二氧化碳以進行置換開采。通過調(diào)節(jié)沉積物中有機物類別和濃度，模擬注入有機質(zhì)促進二氧化碳置換開采天然氣水合物。該過程中的有機物能夠有效提高開采速度與效率。本方法實現(xiàn)簡單，可顯著提升置換效率，適用于天然氣水合物的大規(guī)模開采。同時，該方法使用天然土壤中的有機物，具有資源豐富、價格低廉、環(huán)保無污染的優(yōu)點，展現(xiàn)了良好的應用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：穆亮,曾紀廣,賴錦濤,朱小海
受保護的技術(shù)使用者：福州大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6