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。     

天然气水合物降压分解过程的数值模拟

天然气水合物分解是一个复杂的相变传热传质过程。在考虑热传导、热对流、气液两相渗流和水合物分解动力学等因素的情况下,建立了天然气水合物降压分解的三维数学模型。应用数值模拟的方法,分析了井底压力、水合物初始饱和度和储层绝对渗透率对分解的影响。结果表明,井底压力越小,水合物分解越快,储层温度和压力下降也越快;水合物的初始饱和度较大时,前期分解速度较快,后期分解速度变慢,过高的初始饱和度反而会抑制水合物的分解;渗透率对产气量影响不大,但当渗透率过低时,采用降压法开采的生产效率较低,可以考虑降压法与其他方法结合使用。     

天然气水合物降压热激法模拟开采方案优化研究

基于南海神狐SH2钻孔水合物储层地质特点和压力温度条件,运用数值模拟方法开展天然气水合物的单一垂直井降压热激法联合试开采的优化研究。为减少气体经上覆透水岩层泄露和过量的产水,生产井过滤器放置于生产井中部,热量被平均分配到过滤器并以恒定功率注入而不是注入热水。研究结果表明:顶底板附近水合物有隔水储气作用,大部分的甲烷气被束缚在水合物储层中,但后期可成为甲烷泄露通道。对底孔压力、热激发强度、初始水合物饱和度、储层渗透率4个参数的敏感性分析表明:底孔压力降低,产气速率相差不大,产水量增加;热激发增强或高初始水合物饱和度下,产气速率增大;本征渗透率影响流体运移和热传导,本征渗透率减小时,产气速率先增大后减小。本文所采用数值模拟及参数敏感性分析方法,有助于设计和优化天然气水合物开采方案。     

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.     

南海荔湾区域水合物水平井降压开采模拟研究

南海荔湾区域赋存有大量的天然气水合物资源,储层具有薄层和厚层水合物互层分布特征,极具开发潜力。因此,基于该区域多层水合物地质资料,利用TOUGH+HYDRATE建立了该区域水平井降压开采数值模型,井底开采压力取值为0.2倍的第三层水合物底部初始压力,主要研究了储层渗透率对水合物开采的影响规律。结果表明:降压法能够有效促进井周水合物分解,但受到地层低渗透率的制约,水合物有效分解范围主要局限于井周有限的圆形区域内,且在分解前缘面附近易形成少量的二次水合物;增大地层渗透率对水合物增产效果影响最为显著,当地层渗透率增大至20 mD时,水平井布设在最下部水合物层中间时,可以同时开采三层水合物,从而极大提高了开采效率,但同时也会导致地层流体涌入井眼,产水量急剧增大。     

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.     

水合物合成电容特性与降压开采二维实验研究

在天然气水合物二维开采模拟系统基础上,进行了水合物原位生成及分解过程的实验研究,探讨了温度、压力及电容的变化特性;开展了天然气水合物降压开采二维实验研究,得到了二维开采过程中各参数的动态变化规律,并对敏感因素进行了评价。在水合物合成过程中,随水合物饱和度的增加,水量的不断减少,电容量总体减小趋势明显。降压开采表明在二维平面上存在一定的压差与温差,其中温降随与开采井的距离增大而减小。产气过程分为流动阻力控制、分解速率控制以及残余气体采出三个部分,主要受分解速率和流动阻力共同影响。     

三交区块煤层气井产液规律及排采强度

为确定鄂尔多斯盆地三交区块煤层气合理的排采强度,采用理论分析、现场实测的方法,研究三交区块煤层气井产液规律,提出三交区块煤层气井排采强度计算方法.研究结果表明:渗透率直接影响煤储层供液能力,压降传递速度在单相水阶段显著快于气、液两相阶段;地层供液能力与渗透率、降压幅度、煤厚、含水饱和度之间存在正相关关系;计算得出三交区块直井、水平井在单相水产出阶段的合理排水量;随含水饱和度减小,应该相应降低排采强度.该成果对煤层气排采具有一定的参考价值和指导意义.     

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。     

热水吞吐开采水合物藏数值模拟研究

天然气水合物资源潜力巨大，高效的开采方法是实现水合物资源开发利用的关键。热水吞吐法广泛应用于石油工业，为加强对热水吞吐法开采水合物藏规律的认识，结合实际水合物藏参数，使用数值模拟方法，研究了水平井热水吞吐条件下水合物藏的开采动态规律，并与单纯降压与单纯注热的开发效果进行了对比。结果表明，热水吞吐开采水合物藏时，产气速率呈周期性变化，随周期数增加，周期生产时间变长，分解气速率整体呈上升趋势，开发效果变好，但分解气的采出比例偏低，需要采取合适措施提高其采出比例；水合物的分解以水平井筒为中心逐渐向外扩展，但受效范围主要在近井区域；热水吞吐开发水合物藏兼具降压和注热的作用，且开发效果比降压或注热单独作用时好，能够获得更高的产气量、分解气量和水合物分解程度。     

深水钻井井涌动态模拟

考虑油气和水合物相变、岩屑以及地层产出等参数的影响,针对井筒与隔水管,建立深水钻井井涌期间的多相流动控制方程组,采用数值方法对方程组进行求解并编制相应软件,对深水井涌的流动过程进行动态模拟,分析井筒气相体积分数及溢流参数随溢流时间的变化规律,讨论地层渗透率、地层与井底初始压差以及水合物生成与分解对溢流参数的影响.结果表明:溢流时间越长、地层渗透率越大、地层与井底初始压差越大,则泥浆池增量越大,井底压力降低越明显,井控难度越大;水合物生成与分解对井筒及节流管线的流动有影响,尤其对已存在的较多水合物采取措施促使其分解时,对节流管线内的气相体积分数影响很大,进而影响压力分布及节流压力的调节.     

不同饱和度的天然气水合物注热开采动态实验研究

天然气水合物(NGH)的饱和度与水合物藏绝对渗透率(流动性)、产气能力及毛管压力存在极大的相关性,从而影响水合物分解的进程、含水合物层的温度、压力分布及产气规律.本文基于我国实际天然气水合物藏的饱和度分布情况,为减少由于水合物渗透率过小而造成的流体流动性差所产生的影响,通过室内水合物生成动力学装置,采用间歇注气方法合成...     

考虑储气库裂隙储层分形特点的天然气渗流规律分析

考虑储气库裂隙介质分形特点以及临界运移饱和度的影响,根据两相不稳定渗流理论和分形理论,将裂隙储层介质分形参数引入到相对渗透率的预测,建立了储层相对渗透率与裂隙尺寸、典型单元体尺寸、毛管压力之间的关系;并分析了高含水衰竭油气藏裂隙储层改建储气库后的渗流规律及井底压力变化规律。采用计算模型与三维渗流模型所得计算结果进行了对比分析,并研究了分形维数、典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、储层厚度、注气速率、排水速率对储气库井底压力的影响。计算结果表明:采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点,具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;气相相对渗透率随着分形维数的增大而增大,水相相对渗透率随着分形维数的增大而减小;储气库井底压力随着裂隙介质分形维数、储层厚度、排水速率的增大而减小;随着典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、注气速率的增大而增大。     

加压时间对储层岩心渗透率的影响

目前储层应力敏感性研究仅限于有效覆压对渗透率的影响,忽略了加压时间对岩石变形的作用.在高压孔渗仪上用拟三轴岩心夹持器和天然岩心,考察了加压时间对岩石渗透率的影响,提出并计算了单位覆压下渗透率绝对变化速率和相对变化速率.结果表明,岩石变形或渗透率变化与时间有关,渗透率随加压时间的延长而降低.在加压初期渗透率变化幅度较大,随着时间的延长,渗透率变化逐渐变缓;幂函数在总体趋势上能拟合渗透率随时间的变化,其拟合误差在工程应用的合理范围内;基础渗透率大于4.6×10-3 μm2的岩心,渗透率下降主要发生在4 h内;渗透率绝对变化速率随时间的延长而降低;渗透率绝对变化速率和相对变化速率与岩石物性有关,岩心基础渗透率越高,渗透率绝对变化速率越大,相对变化速率越小.渗透率相对变化速率的建立,为储层应力敏感性评价提供了一个新的定量参数.     

加压时间对储层岩心渗透率的影响

目前储层应力敏感性研究仅限于有效覆压对渗透率的影响,忽略了加压时间对岩石变形的作用.在高压孔渗仪上用拟三轴岩心夹持器和天然岩心,考察了加压时间对岩石渗透率的影响,提出并计算了单位覆压下渗透率绝对变化速率和相对变化速率.结果表明,岩石变形或渗透率变化与时间有关,渗透率随加压时间的延长而降低.在加压初期渗透率变化幅度较大,随着时间的延长,渗透率变化逐渐变缓;幂函数在总体趋势上能拟合渗透率随时间的变化,其拟合误差在工程应用的合理范围内;基础渗透率大于4.6×10-3 μm2的岩心,渗透率下降主要发生在4 h内;渗透率绝对变化速率随时间的延长而降低;渗透率绝对变化速率和相对变化速率与岩石物性有关,岩心基础渗透率越高,渗透率绝对变化速率越大,相对变化速率越小.渗透率相对变化速率的建立,为储层应力敏感性评价提供了一个新的定量参数.     

降压开采下深海能源土斜坡分解区的判定及其稳定性分析

深海能源土是指含新型战略性新能源-天然气水合物的海底沉积物。降压开采天然气水合物是一种相对经济、高效的方式,开采中水合物储层分解区域的确定与能源土斜坡稳定性分析是确保天然气水合物安全有效开采的前提之一。本文归纳了水合物降压开采的基本方程,通过自主编写USDFLD子程序,在ABAQUS中实现了降压开采条件下海底斜坡水合物储层分解区域的判断,模拟了水合物饱和度以及相关物性参数的变化情况。结合一实际海底能源土斜坡,完成了降压开采条件下能源土斜坡水合物储层分解区域、有效应力及变形场的计算,并结合有限元强度折减法对深海能源土斜坡降压开采的实际工况进行了数值模拟。结果表明开采前与开采后的安全系数变化不大,单井降压开采对斜坡的稳定性影响不明显。     

裂缝发育的特低渗透砂岩储层特征

 裂缝的发育对特低渗透砂岩储层有重要影响。基于室内实验数据,从孔渗关系、微观孔隙结构、应力敏感性及油水两相渗流等角度对裂缝发育储层的特征进行了分析,结果表明:与裂缝不发育的储层相比,相同孔隙度下裂缝发育储层的渗透率更高,孔隙度10%~20%时,裂缝发育储层渗透率约为裂缝不发育储层的3~5 倍;渗透率相同时,裂缝发育储层喉道半径分布范围更宽,大尺寸的喉道比例更高,主流喉道半径更大,渗透率主要由大喉道贡献;裂缝发育储层应力敏感性更强,有效应力增大引起的渗透率损失约为裂缝不发育储层的2~3 倍;裂缝发育储层束缚水饱和度和残余油饱和度均较高,两相共渗区范围窄,随着含水饱和度的增大,油相曲线急剧下降,水相曲线上凸型快速抬升,且幅度很大,无水采油期很短且期内采出程度低,见水后含水率急剧上升,最终采收率很低。     

含水合物沉积物孔隙流动特性数值模拟

以中国南海泥质粉砂型天然气水合物沉积物为研究对象,基于有限单元数值模拟法,采用孔隙尺度模型定量分析了砂质颗粒粒径、水合物饱和度和砂质颗粒空间非均质性对水合物沉积物(HBS)渗透率演化的影响.首先,本文基于CT图像重构了含水合物沉积物均质模型,基于Darcy定律对不同砂质颗粒粒径和水合物饱和度的含水合物沉积物储层渗透率进...     

南海沉积物中甲烷水合物定压分解特性

在定压条件下,实验研究了我国南海神狐海域沉积物中甲烷水合物的分解特性,所使用的沉积物平均孔径为12.178 nm,总孔容为4.997×10~(-2)mL/g,比表面积为16.412 m~2/g.所用沉积物样品含水量为40%,实验的温度范围为274.15–281.15 K,分解压力范围为3.0–5.0 MPa.实验结果表明,海底沉积物中甲烷水合物在降压过程中就开始迅速分解,分解过程造成体系温度迅速下降,最低温度远低于冰点温度.水合物的分解速率随着分解压力的降低而增大,总的分解产气量以及水合物分解率也随着分解压力的降低而增大.在不同温度的实验中,产气速率随着实验温度的升高而增大,总的分解产气量与初始的水合物量有关.当分解压力低于实验温度下纯水的甲烷水合物平衡分解压力时,水合物可以完全分解.     

低渗砂岩克氏渗透率影响因素实验研究

室内实验是认识储层渗流规律的有效手段,低渗岩石气体渗流受到滑脱效应的影响。国内外学者在滑脱效应影响因素及受滑脱效应影响的渗透率参数测量方面进行了大量研究,但结论仍存在分歧。以鄂尔多斯盆地苏里格气田低渗砂岩气藏为研究对象,设计了新的岩心含水饱和度的建立方法,通过实验方法研究了含水饱和度、有效应力及二者耦合作用对低渗岩石气体滑脱效应的影响规律。结果表明,不同含水饱和度条件下(低于束缚水饱和度)岩心的气测渗透率与平均压力倒数仍然呈线性正相关关系,含水饱和度越高,滑脱因子越小,滑脱效应越弱;对于干岩样,围压增大气体滑脱效应变强,且滑脱因子随有效应力的增加呈线性增加的趋势,进行岩石应力敏感性实验过程中,若忽略滑脱效应的影响,未对气测渗透率做校正,实验评价结果偏低;含水饱和度比介质变形对气体滑脱效应的影响更强,对于高含水饱和度的低渗岩心,滑脱效应影响微弱,且受有效应力的影响不大。这为低渗砂岩气藏渗流机理研究提供了新思路。