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。     

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。     

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。     

南海天然气水合物水平井降压开采诱发沉积物力学响应规律

针对南海泥质粉砂型天然气水合物沉积物的物性和力学性质,建立水平井降压开采过程中井周沉积物的流-固-热-化响应模型,采用弹塑性模型表征塑性变形规律。结果表明：重力作用导致深层水平井压降程度低于浅层水平井,一定程度上抑制水合物分解前缘的扩展,导致深层水平井产能略低于浅层水平井;在降压开采初期水合物分解前缘未形成时,沉积物层塑性应变不明显;随着降压开采时间的增加,水合物分解区力学性质劣化显著,分解区的内聚力等强度参数变低;分解区的塑性应变明显高于未分解区。     

CO_2置换法开采水合物井网系统及注采参数分析

为了探究井网系统及注采参数对水合物开发的影响,建立矿场尺度的非均质性水合物矿体三维模型,提出降压法辅助CO_2置换法开采水合物的方法,并对井网形式、井距、CO_2注气速度、生产井井底压力以及初始水合物饱和度等参数进行分析。结果表明:九点法井网相比于五点和七点法井网具有更大甲烷累积产气量和埋存率,并且大井距有利于增加甲烷累积产量,具有较好的埋存率和置换率;2.5 MPa井底压力的甲烷累积产气量和置换效率较高;CO_2置换主要发生在井网的控制范围内,甲烷置换区域的储层温度上升5～10℃,CO_2未波及区域储层温度下降3～5℃。     

天然气水合物降压开采半解析两相产能模型

天然气水合物(NGH)被认为是最具潜力的新能源之一,目前开采产能低成为制约其高效开发的关键技术难题.本文综合考虑NGH相变、储层孔渗物性变化、气水两相渗流等复杂开采机理,建立NGH降压开采气水两相产能半解析模型,计算分析NGH降压开采动态和产能影响因素,并提出提高产能措施方向.研究结果表明,NGH降压开采前期,分解前缘移动速度较大,分解区域不断扩大,产气、产水升高;随着NGH的分解, NGH饱和度逐渐降低,产气降低,产水也随之下降;井底压力、NGH分解速率常数、渗透率等因素对产气速率影响较大,井底压力越小、储层渗透率及NGH分解速率常数越大,产气速率峰值越大;为提高NGH降压开采产能可采用向储层注热、注催化剂或水平井、水力压裂等技术措施.     

海域天然气水合物水平井储层关键参数反演方法

应用测斜仪监测技术进行海域天然气水合物水平井开采的产气量动态评价时,不同井段体积参数间的互补性可能导致目标函数陷入较大的收敛区域,此时反演方法所能达到的精度将直接影响反演结果。提出一种基于邻域算法的储层关键参数反演方法,以中国南海神狐海域实际地质情况为基础,利用合成的海底倾斜场数据对水平井不同井段的体积参数进行反演试算,并研究不同噪声程度和模型间距对反演结果的影响。结果表明:与直接网格搜索法相比,提出的方法在保证收敛效果的前提下计算效率更高,实时性更强;与模拟退火法相比,提出的方法反演精度更高;当不同井段的产水和出砂量较小或占该段储层变化体积的比例一致时,该方法可为海域天然气水合物水平井产气量的动态评价提供算法基础。     

基于神经网络的水合物藏降压开采产能预测及参数优化

基于数值模拟求解的传统水合物藏产能预测方法耗时长、效率低,准确、高效地预测天然气水合物藏产能是目前面临的难点问题。基于实际海域水合物藏的地质数据建立大量数值模拟样本,利用神经网络模型对数值模拟结果进行学习,建立水合物藏产能预测的神经网络模型。同时,预测神狐水合物藏和日本南海水合物藏开采2 a的产能,并对降压开采的压力进行推荐。结果表明：神经网络模型预测的准确率超过97%;预测得到神狐水合物藏2 a的日均产气量为2 839 m³,最佳开采压力为3 MPa;日本南海水合物藏2 a的日均产气量为21 523 m³,综合考虑产气量和气水比,最佳开采压力为4 MPa;69%的水合物藏适合的开采压力为3 MPa;但当水合物藏的水合物饱和度大于65%、地层绝对渗透率高于0.1μm²及原始地层压力高于20 MPa时,建议开采压力选择5 MPa。     

多孔介质中天然气水合物降压开采影响因素实验研究

使用自制的一维天然气水合物开采模拟实验装置,对天然气水合物降压开采进行了物理模拟实验研究,考察了降压幅度、降压速度对开采效果的影响.实验结果表明,降压幅度主要影响最终产出气体的总量,降压幅度越大,累积产气量百分比越大.降压速度越大,产气速率越高,当最终压力相同时,降压速度只影响开采持续时间,最终产气量百分比基本一致;降压速度越慢,当压力降到相同水平时累积产气量百分比越大,特别在降压初期这一现象更明显.     

多孔介质中天然气水合物降压开采影响因素实验研究

使用自制的一维天然气水合物开采模拟实验装置,对天然气水合物降压开采进行了物理模拟实验研究,考察了降压幅度、降压速度对开采效果的影响。实验结果表明,降压幅度主要影响最终产出气体的总量,降压幅度越大,累积产气量百分比越大。降压速度越大,产气速率越高,当最终压力相同时,降压速度只影响开采持续时间,最终产气量百分比基本一致;降压速度越慢,当压力降到相同水平时累积产气量百分比越大,特别在降压初期这一现象更明显。     

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。     

煤层气多分支水平井分支间距优化研究

建立了非均质双孔介质煤层气储层多分支水平井开采的数学模型,模型中考虑了裂缝中气体的扩散和主支、分支井筒内压降的影响,分析了煤层气多分支水平井分支间距对产能的影响。研究表明：采用多分支水平井开采煤层气储藏时,给定井身结构条件下,存在最优分支间距,当分支间距小于最优分支间距时,实际控制面积小,峰值产气量和累计产气量小;当分支间距大于最优分支间距时,累计产气量降低,相同控制面积下采出程度降低;现场开采煤层气储层时,当最优分支间距较小时,相对而言实际控制区域内煤层气采出程度更高;本文计算条件下,煤层气多分支水平井最优分支间距为200-300m。     

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.     

盐水体系中天然气水合物降压开采数值模拟

考虑盐浓度的分布,根据质量守恒、能量守恒、天然气水合物的分解动力学等方程建立天然气水合物储层降压开采的数学模型,该模型可描述三相八组分水合物储层开采的多相非等温渗流过程.利用该模型对一维条件下纯水和含盐富水相体系水合物的开采动态进行模拟计算.结果表明:模拟结果与试验结果具有较好的一致性;在盐水体系的水合物藏中,盐影响了水合物的相平衡,加快了水合物的分解,压力传播比纯水体系的快得多,并使得试验和模拟的瞬时产气量波动很大.     

水合物开采引起的地层稳定性三场耦合分析

为防止水合物开采引起的地质灾害,采用有限元方法,对abaqus有限元软件进行二次开发,模拟水合物开采过程中的水、热、力三场耦问题,重点分析水合物开采过程中地层应力场和位移场变化规律.结果表明:降压与加热法联合开采水合物时,降低井口压力可以显著提高水合物的分解速率;水合物分解区附近地层孔压明显降低,土体有效应力增加.海床表面会产生较大的沉降和水平位移,并随水合物分解距离的增大而线性增加,当最大分解范围为30 m时,海床表面最大沉降达5 m,最大水平位移达1.6 m.该研究结果为水合物开采时地层及开采平台稳定性的安全评估提供理论指导.     

天然气水合物分解-两相渗流数值模拟研究

为揭示天然气水合物试采工程中储层物理参数演化规律,建立了耦合化学分解和气、水两相渗流物理场的数学模型,并采用有限单元法进行求解,对不同降压幅度、初始绝对渗透率和含水饱和度等影响下的储层物理参数的时空演化规律进行研究。结果表明:井筒开始降压后,井周迅速形成压降漏斗,压降辐射范围随时间逐渐增大,且水合物分解范围和压降范围呈现明显的一致性;井筒降压后短时间内产气速率达到峰值,该峰值随降压幅度和初始绝对渗透率的增大而增大,随初始含水饱和度的增大而减小;水合物分解速率和渗透率增大速率与降压幅度和初始绝对渗透率成正相关,与初始含水饱和度成负相关。     

天然气水合物储藏降压开采产量流固耦合模拟

针对当前天然气水合物储藏降压开采产能模型局限于水合物分解引起的储集层孔隙度及渗透率变化、忽视流固耦合作用等问题,提出了考虑"水合物分解效应"、流固耦合作用以及储集层应力敏感性,建立了水合物储藏气、水两相非等温流固耦合数学模型并进行程序开发.以墨西哥湾某水合物储藏为例,进行了水合物储藏降压开采产能模拟,剖析了流固耦合作用对水合物储藏开采动态的影响机制.结果表明,流固耦合作用引起的岩石孔隙收缩虽有助于提高储集层弹性驱动能,但岩石孔隙收缩导致储集层孔渗能力降低的影响居主导地位,故流固耦合的总体效果导致水合物储藏产气速率以及累积产气量等生产指标较不考虑流固耦合时偏低.     

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.     

柿庄南煤层气低效井区水平井加密技术研究及应用

国内大多数煤层气田储层物性较差,渗透率一般小于1.0 m D,井网井距偏大,导致区域协同降压困难,气井产量较低,水平井加密调整是解决煤层气井增产的有效关键技术之一。以柿庄南区块为研究对象,通过试井干扰、数值模拟等手段,评价了该区井网井距的合理性,根据储层地质参数优选了水平井加密潜力区,设计了水平井加密调整方案,并应用实施。结果表明：水平井加密调整后,缩短了煤层气井间距离,区域气井间形成有效沟通,形成了区域降压,水平井稳定日产气量3 600 m³,为周边气井的2.5倍,周边气井单井平均日增产300 m³,取得明显效果。