降压幅度和出砂堵塞对天然气水合物开采产能的影响分析

为研究降压幅度和出砂堵塞对天然气水合物开采产能的影响,使用天然气水合物多相流数值模拟软件TOUGH＋HYDRATE进行水合物降压开采模拟,通过不同情况下的水合物分解速率、产气速率、产气量和产水量分析了降压幅度和出砂堵塞对天然气水合物开采产能的影响,并通过不同情况下的储层压力、储层温度和水合物饱和度分布分析了其影响机理。数值模拟结果表明：①随着降压幅度的增大,储层中压力降低范围逐渐增大,而且压力降低幅值逐渐增大,储层与开采井之间的压力梯度越大,导致相同时间时的水合物分解速率、产气速率、产气量和产水量都逐渐增大;降压幅度的增大对短期开采的累积产气量有明显提高,而对长期开采的产气量影响不大,而降压幅度的增大可能导致出砂堵塞以及水合物二次生成,因此实际开采时应设定一个合理的降压幅度并辅助升温等其它措施;②随着出砂堵塞的加剧,井周附近的渗透率逐渐降低,储层中压力降低范围逐渐减小,而且压力降低幅值逐渐减小,储层与开采井之间的压力梯度越小,另外井周渗透率的降低还会导致气体的流速的降低,从而导致相同时间时的水合物分解速率、产气速率、产气量和产水量逐渐减小;出砂堵塞会对产气量持续产生影响,导致产气量随时间成比例减少,因此实际开采时应进行储层改良减轻出砂问题或采取防砂措施避免出砂堵塞。     

页岩气藏流固耦合数学模型

页岩层是超低渗透率的储气层,页岩气藏开采过程中流固耦合效应表现明显.基于渗流力学和Biot固结理论,综合考虑页岩气藏储层的启动压力梯度,页岩气渗流过程中的解吸附,建立了一个适用于滑脱流、孔内扩散等页岩基质孔隙内所有气体流态形式的流固耦合数学模型.页岩气开采流固耦合数学模型包含了气体渗流和页岩变形相互作用的耦合项,必须进行耦合求解.使用显式迭代编制相应程序求解其数值解,计算结果表明,考虑流固耦合和不考虑流固耦合对页岩气开采过程中压力分布影响较大,考虑流固耦合情况下,压力降低趋势比不考虑耦合情况下要快,更符合实际开采情况.流固耦合现象对页岩气渗流过程影响较大,页岩气开采过程中必须考虑流固耦合影响.     

神狐海域水合物藏降压开采的数值模拟

目前在降压法开采水合物藏方面,主要侧重于对降压生产规律、水合物藏地质参数敏感性、降压法开采有效性及开发潜力等的研究,实际上在降压开采过程中,开采参数也会影响水合物藏的开采动态。根据神狐海域水合物藏现场资料,应用数值模拟的方法,进行了神狐海域2017年水合物试采试验的拟合,验证了所建地质模型的可靠性,在此基础上创新性地研究了降压幅度和降压速度对水合物藏开采动态的影响。研究结果表明:水合物未完全分解前,降压幅度越大,水合物分解速度越快,同一时刻产气速度也越快;降压速度越快,产气峰值越大且越早出现,同一时刻累产气越多。因此建议开采神狐水合物藏时降压幅度至少应为初始压力的0.5倍,并考虑实际操作工艺和设备安全性,选择较快的降压速度。     

多孔介质中天然气水合物降压分解有限元模拟

基于多孔介质中水合物分解动力学、传热及气、水两相流理论,同时考虑水合物分解引起的渗透率及有效孔隙度变化,建立水合物、气、水三相的天然气水合物降压分解模型,并进行有限元程序开发及验证.利用此模型模拟水合物分解过程中压力、温度、水合物饱和度、有效孔隙度及气、水相渗流速度等物理量的空间分布及随时间的变化特征,分解前缘位置及累积产气量随时间的变化规律.结果表明:水合物分解使有效孔隙度和渗透率大幅度提高;水合物分解为吸热过程,分解前缘处温度降低明显;环境温度提高则水合物分解速率和产气速率提高,但压力增加,产气速率下降;温度和出口端压力是影响水合物降压分解的两个重要因素.     

天然气水合物降压开采数值模拟及影响因素分析

采用数值模拟方法,将降压开采分为完全分解区、分解区和未分解区进行数值模拟研究,建立了天然气水合物多相(气、水、水合物)流分解能量守恒模型、分解反应动力学模型.在此基础上,建立了二维数学模型以分析产气性能影响因素.模拟计算结果表明,出口压力越大,累积产气量越小;边界传热越快,分解越快;绝对渗透率对累积产气量和产气率影响较小.所做工作为进一步开展室内模拟实验和工程应用研究提供了技术依据.     

井筒问题的耦合渗流及应力分析

如果不考虑岩石变形和流体扩散的耦合作用,孔隙介质油藏的常规渗流模型对流体的扩散解释是合理和准确的。随着油藏越来越多的开采,流固耦合作用对流体扩散的影响是越来越显著,因此必须用多孔弹性理论来研究井筒问题的耦合渗流及应力。本文推导了流固耦合作用下的孔隙压力、裂缝压力以及井壁围岩应力在Laplace空间的解析表达式,给出了一个模拟实例。     

神狐水合物藏降压开采分解前缘数值模拟研究

天然气水合物资源量大,广泛存在于深海和冻土带中,降压法是一种有效的开采方式.天然气水合物藏降压开采过程中,已经分解的水合物区域和尚未分解的水合物区域之间存在一个分解前缘,研究分解前缘的移动规律,有助于认识水合物藏的地层稳定性及进行产气量预测,因此对水合物藏分解前缘的研究具有重要意义.本文采用数值模拟的方法,针对神狐海域水合物藏地质条件,研究降压开采过程中分解前缘的形状及移动规律,并对影响分解前缘移动的敏感因素进行了分析.结果表明:降压分解时,分解前缘的形状为非活塞式,分解前缘1(水合物开始分解的位置)的移动速率近似为线性,分解前缘2(水合物完全分解的位置)的移动速率近似为指数增长.生产井压力越低,地层渗透率越大,初始水合物饱和度越小,初始温度越高,分解前缘移动速率越大.与一步降压相比,分段降压使得分解前缘1和前缘2的移动均滞后.水合物分解吸热导致地层温度降低,当到达冰点时,冰的生成将有助于水合物藏降压分解速率的增大.因此,水合物藏降压分解时,可考虑将压力降低至冰点所对应的相平衡压力附近.     

基于微观机理的页岩气运移分析

认识气体在页岩孔隙中的运移机理对页岩气开采具有重要的科学意义.页岩作为一种致密岩石,孔隙尺寸分布主要集中在几纳米到百纳米之间,小孔隙尺寸与气体的平均分子自由程在同一个数量级,气体与孔隙边壁的碰撞对流动起到控制作用.本文针对页岩气开采过程中孔隙中气体流动过程,建立了考虑气体滑移、Knudsen扩散、Langmuir等温吸附、孔隙压缩等过程的多场耦合控制方程.分析了流态变化对滑移效应的影响,得到了考虑滑移效应的临界孔径,并针对实际中不同页岩储层有机质含量的差异,分析了解吸机制对页岩气产气率、产气量的贡献.研究还表明孔隙压缩性对产气率影响显著,通过考虑开采过程中孔隙压缩,可以更真实地反映页岩气运移过程.     

煤层气开采中两相流阶段的流固耦合渗流

在考虑气溶于水的情况下,建立了煤层气开采过程中的气、水两相流阶段的渗流场与煤岩体变形场以及物性参数间耦合作用的多相流体流固耦合渗流模型,通过将岩土质点的位移分量引入到渗流场、渗流场中的孔隙流体压力引入到变形场、有效应力和孔隙流体压力引入到渗流物性参数中,实现了流固耦合间的相互作用。     

天然气水合物固定井压开采过程数值模拟

采用数值模拟方法研究天然气水合物在压降条件下的开采过程.在井压固定的前提下,建立了轴对称结构下的物理与数学模型.通过计算获得了储藏层中的天然气水合物在不同环境条件下的温度、压力、分解锋面与井间距离,以及以时间为函数的产气率.计算结果表明:天然气水合物的分解程度对井压、储藏层温度的变化十分敏感;大范围的分解并不会带来产气率的大幅度提高;较高的储藏层温度、较低的井压将增大产量;产气率随时间缓慢降低.     

天然气中SF_6等多种氟化物气体示踪剂的气相色谱检测

为了监测气驱油藏中的气体示踪剂,利用GC/ECD建立了一种分析天然气中多种氟化物气体示踪剂的方法。该方法选用GDX-104色谱柱,排除了样品中空气峰对检测的干扰,通过正交试验优化最低灵敏度组分的检测条件,并以此作为同时检测天然气或空气中多种气体示踪剂(SF_6、CF_2Br_2和C_4F_8)的条件,其中SF6、CF_2Br_2和C_4F_8的检出限分别为1×10~(-6)、1×10~(-5)和1×10~(-3)μg/L,重复进样7次的相对标准偏差不大于7%。通过对中原油田天然气驱油藏的气体示踪剂的监测,得到了示踪剂的产出曲线,弄清了该区块的非均质性和注采井的连通关系。该检测方法快速、简便,所需样品量少,可实现多种示踪剂同时检测,不仅适用于天然气中微量气体示踪检测,而且适用于大气环流的微量气体示踪检测。     

原油裂解气和干酪根裂解气的判识

中国中西部的叠合盆地中,下古生界海相烃源岩已达高过成熟阶段,但却发现大量与之有关的原油裂解气.因此,如何区分原油裂解气和干酪根裂解气,成了一个亟需解决的问题.从天然气组分和轻烃组分切入,应用ln(C2/C3)-ln(C1/C2)判识模式及δ13C2-δ13C3与ln(C2/C3)判识模式认为四川盆地川东地区石炭系气藏为原油裂解气,而塔里木盆地轮南断垒和中部斜坡的气藏为干酪根裂解气.根据对典型干酪根和原油裂解气的分析,结合热模拟分析结果,提出了3项轻烃判识原油裂解气和干酪根裂解气界限值指标.     

油气对瓦斯爆炸的影响

焦坪矿区是我国少有的煤油气共存矿区,曾多次发生重大煤矿安全事故,而油气是造成该地区瓦斯涌出量和爆炸危险性增加的重要原因.关于油气-瓦斯-空气混合气爆炸特性方面的研究并不多,为了考察油气的影响并结合矿区实际情况,选用正已烷作为油气的代表,利用自制的配气系统以及20L爆炸实验装置进行实验.由于已有文献对油气-瓦斯混合气爆炸下限进行了研究,本文重点研究油气对爆炸威力以及瓦斯爆炸上限的影响.实验结果表明正己烷的加入增加了瓦斯的爆炸威力,如当正己烷浓度为2%、甲烷浓度为0.5%时就能发生爆炸并产生0.89 MPa的超高压;正已烷浓度为2%时混合气的最大爆炸指数达到9.41 MPa·m/s,超过了甲烷最大爆炸指数5.5 MPa·m/s.将混合气爆炸上限的理论结果同实验结果进行对比发现二者并不完全符合,理论结果偏安全,而混合气爆炸最佳浓度同化学当量比浓度较为接近.图4,表4,参10.     

低渗气藏中气体非线性渗流的特征分析

为了对低渗气藏中气体渗流特征有一个清楚和较为准确的认识,采用实验研究的方法,分析了低渗透储层中气体渗流特征。结果表明:在低渗透储层中,气体渗流表现出明显的非线性渗流特征,并且受多种因素影响;有效应力的增加,会导致岩石渗透率降低,气体在地层中渗流越困难;启动压力梯度增大,气体非线性渗流愈明显;滑脱作用越强,越有利于气体的渗流,提高气藏的产能;相同的压力梯度下含水率越高,渗流速度就越低,储层岩石的初始气测渗透率越低。该成果对天然气开采工程具有一定的参考价值和指导意义。     

致密砂岩气含量试验测试技术

为了准确对致密砂岩气储层参数有更加全面透彻的认识,采用非常规天然气的气含量解吸法和等温吸附试验对致密砂岩气储层参数进行测试分析,测得鄂尔多斯盆地东北部致密砂岩气井气含量参数值与等温吸附常数.同时,研究了砂岩气储层特征和砂岩气含量试验测试技术方法.结果表明:鄂尔多斯东北部致密砂岩气井所采平均气含量为9.94 cm3/g;根据致密砂岩气储层的等温吸附常数与储层压力得出砂岩含气饱和度为57.8％,临界解吸压力为7.26 MPa.作为现阶段测试砂岩气参数指标的主要手段和方法,砂岩气储层气含量实验测试和等温吸附特征得出的砂岩气参数为勘探区砂岩气资源评价提供了比较基础数据,对砂岩气勘探开发有重要的指导意义.     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。     

煤层瓦斯渗流过程中压力分布的滑脱效应

 气体在多孔介质中渗流时,不仅需克服启动压力梯度,而且受气体滑脱效应的影响。基于煤层瓦斯的渗流特性,建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型,并对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行数值模拟。计算结果表明,在一定煤层深度内,与不考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应对其影响显著,且随着暴露时间增长和距煤壁距离增大,其差别更为明显。滑脱因子的变化将直接影响煤层内部气体压力的分布,随着滑脱因子的增大,气体压力减小,滑脱越明显。与不考虑滑脱效应(Darcy 解)瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布曲线更接近实测数据,表明在研究煤层渗流过程中须考虑滑脱效应。     

低渗气藏单相气体渗流特征分析

目前对低渗气藏单相气体渗流规律已有初步认识,但在渗流特征方面大多仅限于定性描述,认为渗流曲线由低压力平方梯度下的上凸曲线段和较高压力梯度下的拟线性段组成,存在拟初始流速、临界压力平方梯度和临界渗流速度,未进行定量描述.利用苏里格低渗气田岩心,通过大量室内气体渗流实验,分析了渗透率对渗流曲线的影响,并得出了拟初始流速、临界压力平方梯度与岩心物性参数之间的函数关系.结果表明:拟初始流速与岩心系数呈线性关系,临界压力平方梯度与岩心系数呈负幂函数关系;最终给出分段描述低渗气藏单相气体渗流曲线的方程组.研究结果为更好认识低渗气藏渗流规律提供了理论依据.     

不同瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出模拟实验

为探讨瓦斯压力在煤与瓦斯突出过程中的作用机制,利用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验台和同一种煤样,在煤样成型压力、煤样含水率、受力状况等参数均恒定的情况下,分别进行了5种不同瓦斯压力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验。结果表明,煤与瓦斯突出可形成口小腹大的呈梨形或椭圆形的突出孔洞,且突出孔洞容积仅为突出煤体积的1/2～2/3;在瓦斯压力方面存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阀值,高于此阀值时,瓦斯压力愈大则突出强度亦愈大,且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎和抛出作用;煤样温度呈先升高后降低并连续变化的趋势,利用温度变化梯度可进行煤与瓦斯突出预测预报。     

焦炉煤气组分气相色谱分析法分析条件

通过正交实验设计,结合其他参数的测定,得出气相色谱法分析焦炉煤气详细的实验数据,对分析条件的影响作了讨论。实验结果表明,柱箱温度是影响分析的主要条件,载气的流速、检测器温度和检测器桥电流的影响并不显著。经实验确定的最佳分析条件:载气流速为56 mL/min;柱箱温度为室温;检测器桥电流为120 mA;检测器温度为100℃。