一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法。将含放射性碳同位素的

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法


[0001]本专利技术属于海洋岩土工程、能源岩土工程领域的一种现场天然气水合物开采的监测方法，涉及一种基于放射性现场探测的实时开采范围监测方法，适用于研究现场天然气水合物置换开采进程以及开采范围的监测问题。

技术介绍

[0002]天然气水合物是一种清洁高效、极具开采前景的新能源，是解决能源短缺问题的重点研究方向之一。天然气水合物置换开采作为一种环保高效的开采方法，利用二氧化碳(CO2)在原位条件下将天然气水合物转化为二氧化碳水合物，置换出其中的甲烷分子(CH4)而不改变笼形基本结构，达到开采甲烷气和封存二氧化碳气体的双重目的。这一方法不仅可以防止因CH4水合物相变分解引起的地层塌陷，还能够将CO2封存于海底，减缓温室效应，符合国家“双碳”战略。因而二氧化碳置换开采被视为一种极具前景的天然气水合物开采方法。随着二氧化碳排放量的不断增多，温室效应的日益严重，置换开采也引起人们越来越多的关注。
[0003]二氧化碳置换法虽然有诸多优点，但目前技术条件下置换开采难以长时间、大范围稳定持续进行，开采过程开采进程和开采范围难以实时探测，严重影响开采过程中储层响应数据的采集和最优开采效率的选取。近年来，海洋放射性现场探测技术由于其较高的探测灵敏度已广泛应用于深海探测领域，目前该技术已可以高精度探测深海海床下放射性元素的含量和位置。

技术实现思路

[0004]针对现有技术手段的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于现场二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法。本方法采用海洋放射性现场探测技术，用放射性核素
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C对置换气体二氧化碳进行标记，以此对二氧化碳置换路径进行示踪，达到实时监测置换开采进程的目的，同时可以持续监测二氧化碳水合物封存后的稳定性情况，填补置换开采范围监测这一领域的空白。
[0005]本专利技术的技术方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：置换气体制备
[0007]提前收集普通无放射性、无标记的废弃CO2作为置换气体；
[0008]准备具有放射性碳同位素、具有示踪特性的
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CO2，且将
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CO2和废弃CO2进行混合，制备获得含
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CO2的置换气体；
[0009]所述的废弃CO2是从温室气体收集而来。
[0010]步骤二：探测谱仪安装与定位
[0011]布置天然气水合物现场开采平台，在天然气水合物现场开采平台底部通过可移动伸缩装置安装能探测放射性核素
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C的放射性现场探测谱仪；
[0012]步骤三：目标区示踪剂背景数据确定
[0013]启动放射性现场探测谱仪，探测初始情况下天然气水合物目标开采区的放射性核素
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C的分布和含量作为背景数据；
[0014]步骤四：置换气体注入
[0015]将步骤一中制备的置换气体运输至天然气水合物现场开采平台上的开采机械设备中的气体储存装置，启动开采机械设备中的气体注入驱动装置，置换气体从气体储存装置在一定的压力和注入速率条件下通过开采井中的气体注入管道注入到天然气水合物目标开采区；
[0016]步骤五：水合物置换开采
[0017]置换气体注入至天然气水合物目标开采区后，在一定的温度和压力条件下，置换气体中的CO2置换开采天然气水合物中的CH4，置换后使得置换气体被封存生成二氧化碳水合物；
[0018]步骤六：开采进程数据采集
[0019]置换开采过程中，利用放射性现场探测谱仪实时监测
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CO2·
nH2O中放射性核素
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C的分布和含量作为开采信号数据；
[0020]步骤七：置换开采范围监测
[0021]将开采信号数据进行处理并滤去背景数据，通过开采机械设备中的信号接收处理装置转化为放射性核素能谱，并上传至数据处理终端，进行数据分析处理获得天然气水合物目标开采区中的置换开采量。
[0022]所述步骤一中，将
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CO2和废弃CO2进行混合以体积混合比100～500混合。
[0023]所述步骤二中，还根据工程勘探获取的天然气水合物上覆土层的厚度和天然气水合物储层的厚度确定并通过可移动伸缩装置调整放射性现场探测谱仪的布置位置，并初始化放射性现场探测谱仪连接开采机械设备中的信号接收处理装置。
[0024]所述步骤三中，进行以下判断：若初始情况下，探测结果显示天然气水合物目标开采区的
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C示踪剂背景数据为0，则认为天然气水合物储层13内自然条件下无放射性核素
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C示踪剂；若初始情况下，探测结果显示天然气水合物目标开采区的
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C示踪剂背景数据不为0，则记录天然气水合物目标开采区中的
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C示踪剂含量与位置分布，作为背景数据；
[0025]然后在步骤七中从开采信号数据滤去背景数据。
[0026]所述步骤四中，压力和注入速率条件根据现场天然气水合物赋存水深和水合物储层厚度情况而定。
[0027]所述步骤五中，温度和压力条件根据现场天然气水合物赋存水深和水合物储层厚度情况而定。
[0028]所述步骤五中，
[0029]置换气体注入后含放射性碳同位素的
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CO2在天然气水合物储层发生如下反应：
[0030][0031]置换气体注入后普通无标记的CO2在天然气水合物储层发生如下反应：
[0032][0033]在以上反应过程中，天然气水合物笼子结构不变，笼子中的CH4被CO2和
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CO2替换发生客体分子交换，水合物储层中的CH4·
nH2O被
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CO2·
nH2O和CO2·
nH2O置换。
[0034]所述步骤三和步骤六中，放射性射线照射在放射性现场探测谱仪内部的晶体上发出荧光，再照射在放射性现场探测谱仪内部的晶光电倍增管的光阴极上打出光电子，经逐级倍增后在光电倍增管的输出端负载上形成实时电压脉冲信号，从而实现了放射性核素
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C的分布和含量的探测。
[0035]所述的步骤七中，具体将天然气水合物目标开采区(目标区)中的放射性核素
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C的分布和含量经以下公式计算，得到置换气体参与置换反应生成的二氧化碳水合物总量：
[0036]X
i
＝(1+N)x
i
[0037]其中，x
i
为检测得到的放射性核素
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C的分布和含量，即
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CO2·
nH2O含量，X
i
为置换气体参与置换反应生成的二氧化碳水合物含量，N为置换气体中废弃CO2与
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CO2的体积混合比，i表示放射性核素检测的时间点；
[0038]通过二氧化碳水合物含量X
i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法，其特征在于：方法包括以下步骤：步骤一：置换气体制备提前收集普通无放射性、无标记的废弃CO2作为置换气体；准备具有放射性碳同位素、具有示踪特性的
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CO2，且将
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CO2和废弃CO2进行混合，制备获得含
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CO2的置换气体；步骤二：探测谱仪安装与定位布置天然气水合物现场开采平台(3)，在天然气水合物现场开采平台(3)底部通过可移动伸缩装置(4)安装能探测放射性核素
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C的放射性现场探测谱仪(5)；步骤三：目标区示踪剂背景数据确定启动放射性现场探测谱仪(5)，探测初始情况下天然气水合物目标开采区的放射性核素
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C的分布和含量作为背景数据；步骤四：置换气体注入将步骤一中制备的置换气体运输至天然气水合物现场开采平台(3)上的开采机械设备(1)中的气体储存装置，启动开采机械设备(1)中的气体注入驱动装置，置换气体从气体储存装置通过开采井(7)中的气体注入管道(8)注入到天然气水合物目标开采区；步骤五：水合物置换开采置换气体注入至天然气水合物目标开采区后，置换气体中的CO2置换开采天然气水合物中的CH4，置换后使得置换气体被生成二氧化碳水合物；步骤六：开采进程数据采集置换开采过程中，利用放射性现场探测谱仪(5)实时监测
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CO2·
nH2O中放射性核素
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C的分布和含量作为开采信号数据；步骤七：置换开采范围监测将开采信号数据进行处理并滤去背景数据，通过开采机械设备(1)中的信号接收处理装置转化为放射性核素能谱，并上传至数据处理终端，进行数据分析处理获得天然气水合物目标开采区中的置换开采量。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法，其特征在于：所述步骤一中，将
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CO2和废弃CO2进行混合以体积混合比100～500混合。3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法，其特征在于：所述步骤二中，还根据工程勘探获取的天然气水合物上覆土层(12)的厚度和天然气水合物储层(13)的厚度确定并通过可移动伸缩装置(4)调整放射性现场探测谱仪(5)的布置位置，并初始化放射性现场探测谱仪(5)连接开采机械设备(1)中的信号接收处理装置。4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳置换天然气水合物开采的监测方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王路君，洪晓均，朱斌，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：