储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析

开展储层参数和开采参数对天然气水合物开采产能影响的研究有助于其实际开采场址和开采方法的选择。以中国南海神狐海域SH7站位的地质参数为背景,采用TOUGH+HYDRATE软件系统地分析了储层压力、温度、孔隙度、水合物饱和度、渗透率、上覆层和下伏层渗透率等储层参数,以及降压幅度、降压井长度和出砂堵塞（通过改变井周网格渗透率反映出砂堵塞）等开采参数对天然气水合物降压开采产能的影响。数值模拟结果表明：①随着储层渗透率的增大,产气量有明显的增加;随着储层压力、孔隙度的增大以及上覆层和下伏层渗透率的减小,产气量有较大的增加;随着储层温度的增大,产气量有一定的增加;产气量随饱和度的增大先增大后减小。因此,实际开采时可优先选择渗透率大、上覆层和下伏层渗透率小、孔隙度大、温度较高、水合物饱和度适中的储层。②随着降压幅度的增大以及降压井长度增大,产气量有明显的增加;而随着出砂堵塞程度的加剧,产气量有非常明显的减少。因此,实际开采时可以通过增大降压幅度和降压井长度以及采取减轻出砂堵塞的措施来提高产气量。研究结果可以为我国将来天然气水合物开采区域及开采方式的选择和确定提供参考。     

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。     

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。     

天然气水合物储层反演及饱和度预测

沉积物含天然气水合物后通常会引起速度的增加,与周围地层形成较大的波阻抗差异,利用地震波阻抗反演技术可识别出这种差异,从而预测天然气水合物的分布。测井资料具有较高的纵向分辨率,而地震资料横向分辨率较高,通过井震联合反演可获得天然气水合物准确的空间展布形态。利用井震联合反演技术对南海北部神狐海域天然气水合物储层进行了精细刻画,研究表明,该矿区天然气水合物储层表现为高波阻抗特征,其值域范围为3 450~4 500 m/s·g/cm3,同时根据有效介质模型建立了岩石物理量版,预测了天然气水合物储层的孔隙度和饱和度数据,预测结果与测井解释结果吻合度较高,为天然气水合物的资源评价提供了比较准确的物性数据。     

多孔介质中不同饱和度天然气水合物的分解特性研究

开采天然气水合物对缓解世界能源危机、解决中国天然气资源短缺问题具有重要现实意义。降压法是开采天然气水合物一种较为简单、安全、有效的方法,但是目前对水合物饱和度较高条件下的降压分解特性缺乏深入认识。在多孔介质（石英砂）体系开展了天然气水合物的生成与分解实验,研究了3种不同水合物饱和度（38.1%、42.1%、46.4%）条件下的水合物降压分解特性,分解压力分别为2 MPa和3 MPa。实验结果表明：2 MPa对应的产气速率较高,但是模拟储层温度会降至冰点以下,在实际水合物开采中会引起冰堵,阻碍水合物进一步分解。当分解压力为3 MPa时,在0～2 h内,随着水合物饱和度增加,产气速率减小;从2 h到水合物分解结束,水合物饱和度越高,产气速率越高;在降压阶段,不同饱和度水合物的储层温度（T1、T2、T3）快速下降且最低温度相似;在恒压阶段,不同饱和度水合物的储层温度开始回升,水合物饱和度越高,储层温度波动越大,并且恢复至实验设定温度需要的时间越长。研究结果将为水合物试采过程防止冰堵现象发生、提高气体回收率提供重要的理论参考。     

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。     

Investigation of the hydrate reservoir production under different depressurization modes

Abstract

Large reserves of natural gas hydrates exist, and the depressurization method has the greatest potential for gas hydrate reservoir recovery. Currently, the most commonly adopted depressurization simulation method is a constant bottom-hole pressure production scheme. This study proposes a new depressurization mode with decreasing bottom-hole pressure. The production characteristic was numerically investigated using this method. The results show the following: (1) As the depressurization exponent (n) decreases, the development effect improves, and production indexes including cumulative gas production/dissociation and gas-water ratio increase. However, the reservoir energy consumption is higher and the hydrate reformation is more severe. (2) Compared to the proposed depressurization mode, the hydrate production index of the constant bottom-hole pressure production (n?=?0) is better. However, the hydrate reservoir energy consumption is higher and the hydrate reformation is more severe using constant bottom-hole pressure production. (3) To achieve a balance between production and reservoir energy consumption during depressurization production, the bottom-hole pressure should be controlled by selecting a suitable depressurization exponent between n_min and n_max, which can be determined through numerical simulations.     

世界热点地区高饱和度天然气水合物有利沉积储集条件

天然气水合物是全球未来能源的接替资源,高饱和度（Sh＞50%）水合物储层是未来面向工业化开采的首要选择。截止到目前,高饱和度天然气水合物有利沉积相带与储层条件之间的关系仍缺乏系统研究。根据公开发表的文献资料,系统总结了墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁陵盆地、印度Krishna-Godavari盆地以及南海神狐海域等全球5个天然气水合物热点钻探区64口井取芯及井-震联合资料,对含水合物储层岩性、沉积环境、水合物饱和度等参数进行的详细总结分析表明：在必要的温压环境和气源条件下,深海平原区块体搬运沉积和浊流等高沉积速率的深水砂质沉积物赋存孔隙型水合物,水合物可分布在砂岩、极细砂岩、粉砂岩、粉砂质黏土和泥等粒级沉积物中,但高饱和度水合物主要赋存于粉砂-细砂岩中,储层孔隙度与饱和度具有一定的正相关性。中国南海神狐海域发现含有孔虫黏土质粉砂或粉砂质黏土这种特殊的细粒沉积物,其水合物饱和度可达到中高水平（20%～76 %）。上述研究成果及认识奠定了下一步寻找优质天然气水合物储层的地质基础,也可为高饱和度水合物商业化勘探开发提供理论依据。     

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。     

Submarine slope stability analysis during natural gas hydrate dissociation

ABSTRACT

The purpose of this paper is to analyze the stability of submarine slope during the natural gas hydrate dissociation. A model is deduced to calculate the excess pore fluid pressure. In addition, a new method is proposed to define and calculate the factor of safety (FoS) of the submarine slope. Case study is also performed, results of which show that dissociation of hydrates would decrease the stability of submarine slope. If the cohesion of the hydrate-bearing sediments is small, the submarine slope would become unstable because of the shear failure. If the cohesion of the hydrate-bearing sediments is large enough, the tensile failure would happen in the hydrate-bearing sediments and the excess pore pressure may explode the submarine slope. Under the drained condition, the submarine slope may remain stable because the buildup of excess pore fluid pressure could not take place. Moreover, FoS would be underestimated by the assumption that natural gas hydrates dissociate in the horizontally confined space, but would be overestimated by only taking into account of the base of the natural gas hydrate-bearing sediments. The compressibility factor of natural gas should also be considered because treating natural gas as ideal gas would underestimate the stability of submarine slope.     

Numerical modeling of methane gas production from hydrate reservoir of Krishna Godhavari basin by depressurization

Natural gas hydrates are considered as a strategic unconventional clean hydrocarbon resource in the energy sector. This paper analyzes the spatiotemporal effectiveness of the depressurization technique for producing methane gas from an unconfined Class 4 clayey setting in the Krishna Godavari (KG) basin, east coast of India. The production potential of a well by depressurization based on the borehole-based pumping technique is modeled using the newly developed spatiotemporal numerical tool, IndHyd 1.0, built using MATLAB for a constant borehole ΔP. The model is aided by TOUGH+HYDRATE reservoir production simulation software. From the IndHyd 1.0 simulation results, it is identified that a vertical well in the location NGHP-01-10D could have a lateral well reach, longevity, and a cumulative methane gas production potential of 145?m, 1.2 years, and ～0.6 billion m³, respectively. For the formation with a postdissociation permeability of 200 mD, a possible scenario in the fractured settings, the well reach, longevity, and gas production potential could be 340?m, 3.6 years, and ～9 billion m³, respectively.     

印度克里希纳-戈达瓦里盆地天然气水合物饱和度特征

印度国家天然气水合物计划(NGHP01)于2016年实施第1次钻探,证实了天然气水合物在印度大陆边缘的广泛分布。选择位于克里希纳-戈达瓦里盆地(KG盆地)的NGHP01-07D和NGHP01-15A钻孔,基于测井数据和岩心样品估算天然气水合物饱和度,分析天然气水合物赋存状态并探讨其形成机制。基于各向同性介质模型利用电阻率和声波测井计算NGHP01-15A钻孔的天然气水合物饱和度为0. 2%～33. 0%,平均值为9. 6%,在NGHP01-07D钻孔利用电阻率计算获得的天然气水合物饱和度高于岩心氯离子异常和气体释放获得的结果,但是基于各向同性岩石物理模型利用声波测井计算的天然气水合物饱和度与岩心结果一致,平均值为5. 0%。前人研究认为NGHP01-10D钻孔中天然气水合物以相对较高饱和度富集在高角度裂隙中。结合前人研究结果推断在克里希纳-戈达瓦里盆地存在3种不同的天然气水合物储层,即泥岩中砂质夹层各向同性储层、泥质/粉砂质高角度低连通性的低饱和度裂隙储层和泥岩中高角度高连通性的高饱和度裂隙储层,并提出对应的3种天然气水合物储层模型。