天然气水合物降压开采过程中储层应力规律分析

为了研究天然气水合物降压开采过程的储层应力及其稳定性,运用线性多孔弹性力学和岩石力学知识,考虑水合物储层原始应力、孔隙压力、渗流附加应力及降压开采水合物过程中水合物饱和度的变化,建立了降压开采天然气水合物储层的力学模型,结合墨西哥湾某处水合物藏的基本参数,对降压开采水合物储层应力变化和开采过程的储层稳定性进行研究。结果表明:井底压力是影响水合物储层应力变化的关键因素之一;渗流附加应力在一定程度上减小了储层的应力;水合物分解储层应力发生变化,储层应力在井壁处的波动最大,井壁处是整个储层所受轴向偏应力最大的位置,因此井壁处是优先发生剪切破坏的位置;为了储层的稳定性,降压开采水合物生产压差应小于2.19 MPa。     

天然气水合物开采数值模拟中基于mVIEW的水平井井眼轨迹建模

针对使用TOUGH+HYDRATE模拟水平井降压开采天然气水合物过程中井眼轨迹的精细刻画给出解决方案,利用mVIEW进行水平井井眼轨迹建模,并进行了模型验证,弥补了模拟器在复杂建模方面的不足,提高模拟器使用效率。由于含井眼轨迹的水平开采模型生产井段在Z方向穿透层位更接近真实的生产情况,因此,含井眼轨迹的水平井开采模型能更好地指导实际生产。     

TOUGH+HYDRATE 水合物模型参数敏感性分析

运用国际上较为先进的水合物开采模拟软件TOUGH+HYDRATE(T+H)对我国南海水合物藏竖井降压开采假设进行数值模拟,采用LH-OAT全局敏感性分析方法,对模型中19个普遍应用的水合物层参数进行了敏感性分析,并对参数敏感性从重到轻进行了极敏感、敏感、一般敏感和不敏感4个水平的等级划分。研究表明:T+H的参数敏感性随评价目标、时间和空间位置的不同而不同。对CH4气体累积产量有显著影响的参数有:Stone指数(n)、固相渗透率缩减指数(PRE)、绝对渗透率(Permeabilities)、流体临界饱和度(CMPS)。随着模拟时间的增加,参数对水合物饱和度的整体敏感度提高。在空间分布上,随着与井壁水平距离的增加,所有参数对水合物饱和度的敏感度降低。敏感参数的确定对提高模型的准确性有重大意义。在实际应用中要有针对性地调节参数,以获得最优效果。     

天然气水合物开采技术现状

介绍了天然气水合物的研究历程与研究现状,总结了热激法、降压开采法、化学抑制剂注入法、置换法和固体开采法5种天然气水合物开采技术的利弊,从经济和社会角度阐述了天然气水合物商业化开采所面临的机遇与挑战,并提出了相应的应对措施。     

海域天然气水合物开采的地质控制因素和科学挑战

目前,国际上对天然气水合物产状、分布和特征的认识已取得显著进展,开展了一系列陆地多年冻土区和海域天然气水合物试采,但天然气水合物开采仍面临科学挑战。本文在综述全球天然气水合物勘探开发现状的基础上,阐述了天然气水合物储层分类及其开采的地质控制因素,提出了海域天然气水合物有效经济开采面临的资源评价、开采技术方法、储层地质参数和工程地质风险等4方面的科学挑战。要实现海域天然气水合物的有效经济开采,资源评价是基础,开采技术方法是关键。判定天然气水合物储层是否可采需要精确的储层地质参数,能否实现有效开采取决于工程地质风险的控制。     

海洋天然气水合物勘探与开采研究进展

海底水合物是一种重要的新型能源矿产,曾认为在未来20~30年内不具开采价值,但是现在这种看法已经改变,美国和日本政府现正筹划进行试验性开采。近年科技界已经研究出适合于从深海水合物中开采甲烷气体的工艺技术和方法。目前,降压法已被证明是一种较为经济有效的方法。引述了日本天然气水合物勘探和开采纲要MH21,详细说明其开采试验的计划和设计。     

多分支井射孔程度和布设位置对倾斜泥质水合物储层开采产能的影响

南海天然气水合物（以下简称水合物）较多赋存于凹凸起伏的泥质地层中。针对实际倾斜水合物储层展开多分支井产能研究十分必要。以南海北部神狐海域X01站位实际地质参数和地形参数为依据,利用TOUGH+HYDRATE水合物产能预测软件和经过验证的建模新方法,建立了代表实际情况的倾斜泥质水合物储层模型,探讨了多分支井射孔程度对开采产能的影响,对比了位于储层不同构造位置（即构造低部位、倾斜部位和构造高部位）的多分支井的产能差异,确定了优势开采井型和最佳布井位置。结果表明,相比于仅水平分支射孔的多分支井,水平分支和垂直主井同时射孔的多分支井更利于水合物分解产气。但垂直主井的打开长度不宜过长,垂直主井与水平分支的打开长度比值介于0.5～1.0最利于提高气水产出比。泥质水合物储层的地层倾角影响多分支井的开采产能,将多分支井布设在储层构造低部位的水平位置更利于实现水合物长期高效开采。     

天然气水合物数值模拟中基于mVIEW的多分支井建模

天然气水合物分布广、埋藏浅、清洁无污染、储量巨大,是极具发展潜力的清洁能源。为实现天然气水合物商业化开采,急需探索基于多分支井的高效开采技术。在使用TOUGH+HYDRATE模拟器开展数值模拟中,复杂结构井建模是研究工作的难点。为此提出了基于mVIEW的复杂结构井快速建模方法,以多分支井为例简要介绍了建模流程;此外,结合TOUGH+HYDRATE模拟器,以中国地质调查局2017年在南海北部陆坡深水区白云凹陷神狐海域SHSC-4试采井测井曲线数据为基础,建立理想水合物藏分层地质模型,开展单一水平井和多分支井在水合物Ⅱ层中部的降压开采数值模拟。模拟结果表明：该建模方法提高了模拟器在复杂建模方面的能力,对天然气水合物高效开采数值模拟具有较好效果和参考意义;相较于单一水平井降压开采,多分支井开采技术能最大限度地增加天然气水合物藏的裸露面积和深度,有效提高水合物藏储量动用程度,是值得探索的高效开采技术方法。     

天然气水合物开采过程中的出砂与防砂问题

国外试采经验和我国前期勘探结果均表明,出砂问题是制约水合物资源有效开发的关键因素,然而目前专门针对水合物储层出砂-防砂体系的研究尚属空白。为了配合我国水合物试采及未来商业化开采的需要,建立水合物井出砂预测理论和防砂技术理论体系迫在眉睫。水合物开采过程中的出砂过程与水合物地层的渗流场、温度场和各相饱和度空间分布等的演化过程密切相关,属于多相相变环境中的动态变化过程,因此,水合物储层出砂预测技术和防砂技术面临新的挑战。在总结水合物开采过程中动态相变条件下影响地层出砂因素的基础上,探讨了目前常规油气井出砂预测技术及防砂技术、稠油出砂冷采技术、适度防砂技术对水合物井出砂治理的启示及需要解决的关键问题,为后续研究和工程应用提供参考。     

海洋天然气水合物储层蠕变行为的主控因素与研究展望

蠕变是指沉积物在特定应力状态下变形与时间的关系,属于沉积物的固有力学属性。厘清海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变的主控因素及其控制机理,对量化评价潜在工程地质风险的发生和演变规律具有重要意义。本文将在综述海洋天然气水合物储层破坏特征的基础上,梳理海洋天然气水合物储层蠕变特征及主控因素,厘清关键科学问题;结合最新研究成果,阐述天然气水合物储层蠕变特征多尺度表征与探测技术体系的基本内涵,简要探讨该领域的未来研究方向。初步分析认为,海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变行为是水合物本身及其分解产出过程中的应力、温度、渗流等动态因素综合作用的结果,现有蠕变本构模型无法完全反映上述相变-传热-渗流-应力多场多相多组分耦合过程。为建立适合南海北部水合物储层的蠕变本构,进而为后续开采工程安全设计提供理论支撑,建议从天然气水合物储层的力学性能弱化特征及蠕变各阶段的时效参数两方面入手,从分子尺度、纳微尺度、岩心尺度、中试尺度、矿藏尺度5个层面,建立天然气水合物储层蠕变行为的跨尺度研究方法体系;以南海实际储层样品为研究对象,剖析天然气水合物开采过程中储层蠕变行为的主控因素。     

非成岩水合物储层降压开采过程中出砂和沉降实验研究

天然气水合物多赋存在非成岩地层中,在开采过程中易出现出砂和沉降情况,制约了天然气水合物的安全高效长期开采。为研究水合物开采过程中的温压、产气、产水、出砂和沉降情况,在自主研发水合物出砂及防砂模拟装置上进行了不同条件下的开采模拟实验。研究表明,在前两个生产阶段,产水含砂率和出砂粒径随着水合物开采而逐渐增大;水合物细砂储层产气速率增加会增大携液能力,导致携砂能力增强而增大出砂风险,同时高产气速率促进井筒温度降低导致冰相生成,存在冰堵的风险;开采过程中的储层沉降与储层水合物含量相关性较大,而产气速率和降压速率对储层沉降的影响与产气模式有关。水合物开采中后期进行增产作业会增加储层出砂风险和沉降速率,进一步探讨了该实验对日本2013年第一次海域水合物试采出砂情况的推测,提出水合物开采分阶段分级防砂的概念。     

天然气水合物降压开采分解前缘移动数值研究

在水合物分解过程中,已经分解的区域与未分解的区域之间存在一个过渡带,即分解前缘,研究分解前缘移动规律有助于认识水合物分解特征和进一步预测分解气量,对实际开采以及开采潜力评价提供大方向的科学参考。本文依据Stefan边界理论建立水合物分解前缘一维三相数学模型,通过参数量级分析,将水合物分解渗流场作为拟定常场,解析计算得到分解前缘随时间移动函数,同时将温度场方程无维化转换后,得到计算温度变化的超越方程。据分解前缘移动函数进一步计算总产气量以及井口产气速率。结合模型算例,认为水合物分解前缘移动与时间的平方根呈线性关系,移动速率随时间推移而减小,产气速率在开采前期达到峰值后快速下降达到稳定值。另外,以南海神狐海域第一次试采结果为依据,对比发现模型计算总气量高于实际试采值,两者相对误差在可接受范围内。因此,本文对水合物开采特征评价提供了一种新的简单计算方法,并对开采潜力给出了乐观的预测。最后,通过对地层初始温度、绝对渗透率以及孔隙度敏感性分析发现,地层初始温度和渗透率增大,水合物分解前缘移动距离随之增大,初始地层温度对水合物分解影响显著。而地层孔隙度越大,分解前缘移动速率反而降低,移动距离减小,...     

天然气水合物——二十一世纪的新能源

天然气水合物因其蕴含的巨大甲烷量,被认为是２１世纪最具开发前景的能源,从而引起了世界各海洋国家的重度重视。本文综合了各国近年的研究成果,概述了天然气水合物的特征和成藏过程,介绍了目前各国通常使用的勘探技术和可能的开采方式,预测了今后的开发前景及可能由此带来的问题。     

利用地热开采南海天然气水合物的技术研究

近年的研究表明南海北部陆坡区发育有底辟构造、海底滑坡以及活动断层带等有利于天然气水合物形成的地质构造环境.受深部地幔上隆的影响,南海整个海区热流背景值偏高,地热资源十分丰富,由此提出了利用地热加热海水,用热激发法分解天然气水合物的设想,并设计了初步的生产工艺.用传统热激发方法开采天然气水合物藏本身需要消耗大量能源,而且...     

从天然气水合物赋存状态和成藏类型探讨天然气水合物的开采方法

在收集整理有关天然气水合物开采研究资料的基础上,总结了水合物在储层中的赋存状态和水合物藏的类型,对比了当前使用的水合物开采方法的优缺点.按水合物是否储存在圈闭内,将水合物藏分为圈闭内的水合物藏和圈闭外的水合物藏,并讨论了不同类型水合物藏的开采方法.     

水力输送法开采海底浅层天然气水合物技术理论分析

天然气水合物被誉为洁净的潜在能源.海洋天然气水合物约占水合物总量的99%,绝大部分海洋水合物没有良好的覆盖层,不能用开采传统油气资源的方法进行开采.分析了利用海底采矿技术开采海底浅层水合物的方法,设计出水合物采矿车开采量与高压水泵输送的水力输送设备参数.根据水合物分解热及输送量,建立水合物输送系统与分解速度之间的理论关...     

沉积物中天然气水合物合成及开采模拟实验研究

基于自行研发的天然气水合物模拟开采实验装置,进行了电加热法和减压法2种开采技术的实验研究.实验材料采用粒径为0.18～0.25 mm的自然砂,0.03%的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液和高纯甲烷,每次实验都分为水合物合成和开采两个阶段.实验结果表明:水合物首先在沉积物体系上层与外侧生成,然后在体系内部逐渐生成.在电加热法开采过程中,可分为初始分解、沉积物体系升温、大量分解3个阶段,加热点的位置、热量传递方向和速率决定着沉积物中水合物的分解位置和速率,该方法能量利用率较低.在减压法开采过程中,水合物分解速度先快后慢,设置的分解压力越低,分解速度越快.     

海洋天然气水合物开采方法及产量分析

海洋天然气水合物的巨大储量刺激了世界各国能源部门努力研究如何从天然气水合物储层生产天然气。根据水合物形成的条件,只有当水合物处在其相平衡条件以外,水合物才能分解。因此,水合物的开采方法只能为热熔法、抑制剂刺激法、减压法和地面分解法。为了对天然气水合物储层中气体的生产有个定量的评估,本文以水合物开采井为例,运用数学方法推导了水合物井中气体的产生量。结果表明,在天然气水合物储层中,天然气释放量是井内水合物分解温度、压力及水合物层气体渗透性的敏感函数。该函数可以用于天然气水合物井气体开采量的计算及对水合物储层可开采性评价。     

天然气水合物开采井孔出砂问题研究

天然气水合物是一种重要的非常规能源,但水合物开采出砂问题成为制约其走向商业化开发的关键因素。南海北部陆坡是我国天然气水合物的重要赋存区,其水合物主要以分散状弱胶结方式赋存,研究其出砂问题显得极为迫切。研究表明储层出砂的根本原因是储层介质强度降低,而水合物储层介质强度受到水合物胶结模式、水合物饱和度、孔隙流体压力、流速及生产压差等影响。本文在对比分析天然气水合物储层出砂与常规油气藏出砂特征的基础上,总结了弱胶结疏松砂岩油藏出砂研究方法,为天然气水合物储层开采井孔出砂的研究提供思路和参考。