含天然气水合物沉积物分解过程的有限元模拟

温度和压力的变化会引起含天然气水合物沉积物的分解,其过程伴随着相态转换、孔隙水压力和气压力耗散、热传导、骨架变形等过程的相互耦合作用。基于多孔介质理论建立了描述含天然气水合物沉积物分解过程的数学模型,考虑了水合物分解产生的水、气流动、水合物相变和分解动力学过程、热传导、骨架变形等过程的耦合作用。基于有限元法,建立了模拟水合物分解过程的数值模型,并编制了计算机分析程序。通过对降压法和升温法开采过程的数值模拟,揭示了在水合物分解过程中沉积物储层的变形、压力、温度等因素的变化规律。结果表明：降压法和升温法都会导致储层变形以及产生超孔隙压力,但两种方法作用效果不同;同时,水合物分解过程包含渗流及热传导作用。     

储层改造对天然气水合物开采产能的影响

在常规油气田开采中,储层改造技术是一种有效的增产、增注技术,其在水合物矿藏开采中有较好的应用前景,但到目前为止国内还没有关于储层改造技术对水合物矿藏产能增产效果的评价研究。本文利用劳伦斯伯克利国家实验室开发的水合物藏开采模拟软件TOUGH+HYDRATE,以中国地质调查局2007年采集的南海北部神狐海域SH7的测井数据为基础,建立了实际水合物藏分层地质模型,分析对比了单一垂直井在储层改造条件下和裸眼完井条件下井底流压均为4. 5 MP时的产气产水变化规律。模拟结果表明,在本文假设的储层改造条件下水合物矿藏产能可提高约3倍。研究结果可为南海神狐海域和类似地区天然气水合物矿藏实施增产工程技术手段提供理论指导。     

中国南海天然气水合物开采储层水合物相变与渗流机理:综述与展望

【研究目的】中国地质调查局先后于2017年、2020年在南海北部神狐海域成功实施两轮水合物试采,创造了产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高等多项世界纪录,了解和掌握南海天然气水合物开采储层相变与渗流机理,有助于进一步揭示该类型水合物分解机理、产出规律、增产机制等,可为中国海域水合物资源规模高效开采提供理论基础。【研究方法】基于两轮试采实践,笔者通过深入研究发现,储层结构表征、水合物相变、多相渗流与增渗、产能模拟与调控是制约水合物分解产气效率的重要因素。【研究结果】研究表明,南海水合物相变具有分解温度低,易在储层内形成二次水合物等特点,是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;多相渗流作用主要受控于未固结储层的物性特征、水合物相变、开采方式等多元因素影响,具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点;围绕南海水合物长期、稳定、高效开采目标,需要在初始储层改造基础上,通过实施储层二次改造,进一步优化提高储层渗流能力,实现增渗扩产目的。【结论】随着天然气水合物产业化进程不断向前推进,还需要着力解决大规模长时间产气过程中温度压力微观变化及物质能源交换响应机制以及水合物高效分解、二次生成边界条件等难题。创新点：南海水合物相变是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;南海泥质粉砂储层具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点,多相渗流机理复杂。     

天然气水合物注热开采近井储层变形破坏的数值模拟研究

为了研究海洋地层中天然气水合物注热开采条件下,水合物沉积层近井储层的力学性质变化规律和变形破坏规律,基于多场耦合理论,考虑水合物分解产生的水、气形成的超静孔隙压力对地层有效应力的影响,建立了能够反映水合物注热分解条件下水合物沉积层温度场、渗流场和变形场耦合作用关系的热流固耦合弹塑性模型,并以ABAQUS软件为开发平台,在Fortran语言环境下编制子程序进行数值模拟。结果表明:注热温度越高,近井储层力学性质劣化的区域与有效应力减小的幅度越大,发生塑性变形破坏的范围和产生的等效塑性应变值也越大;井口最小水平地应力方向的有效应力值最小,等效塑性应变值和体积应变值最大,是首先发生变形破坏的关键位置;井口同一位置的有效应力随注热温度的升高而减小,而体积应变则随注热温度的升高而增大。     

深水油气固井水合物储层物性响应与高压气水反侵研究

固井作业是能源开采过程中的一道重要工序,当深水油气固井遇到水合物地层时,固井水泥浆水化放热会引起近井壁储层中水合物分解和产生高压气水反侵,从而严重影响固井质量,甚至导致固井报废和井壁失稳,为减小和避免水合物分解的不利影响,明确不同固井工艺条件下水合物储层的物性响应和高压气水反侵规律是关键。以南海神狐海域水合物钻探工程GMGS-1中SH2站位勘探井为研究对象,建立固井二维数值模型,采用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件再现固井水泥浆侵入和水化过程,分析过程中近井壁储层物性响应规律,得出南海水合物储层不同固井压差与水泥浆放热速率条件下高压气水反侵的临界条件判别曲线,并创新性地采用“连续分段模拟”思路解决水泥浆的动态放热问题。结果表明:水泥浆初凝之前主要可分为诱导、分解和二次水合物生成3个阶段;侵入行为主要发生在保压时期,当压力卸去后侵入深度基本不再增加;水化放热造成的温度升高导致水合物大量分解,产生的高压气水向四周运移,而压力卸去之后,高压气水向环空方向反侵的趋势更加明显;水化放热速率越大,固井压差越小,气水反侵发生的可能性越大,发生时间越早。对于浅部水合物储层,降低固井水泥浆水化热可有效减少反侵现象的发生,提高固井质量,而对于埋藏较深的储层可在破裂压力范围内同时使用较高的固井压差。本研究对水合物地层固井工艺参数优选具有良好的指导和借鉴作用。      

钻井液侵入含天然气水合物地层的机理与特征分析

海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水合物分解是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。分析了天然气水合物在多孔介质中的分解特性,指出了多孔介质中天然气水合物分解的影响因素,通过钻井液侵入含天然气水合物地层与侵入常规油气地层的比较,提出了借鉴天然气水合物开采渗流模型建立钻井液侵入数值模型的思路。     

天然气水合物原位补热降压充填开采方法三维数值模拟研究

天然气水合物是未来极具潜力的新型高效清洁替代能源。在分析水合物开采面临的瓶颈问题的基础上,提出了一种全新的天然气水合物开采方法——原位补热降压充填开采法。该方法将氧化钙(CaO)粉末注入天然水合物储层,降压开采天然气,天然气水合物分解产生的水和氧化钙粉末迅速反应,产生的大量热量补充天然气水合物的分解热。本文利用基于有限体积法的新型天然气水合物模拟器,构建三维地质模型对该方法进行产能数值模拟评价。模拟结果表明相较于常规水平井方法以及水平井结合压裂开采方案,该方法对生产的促进效应明显,尤其是与水平井结合压裂开采方案相比该方法的累积产气量明显提高,但累积产水量没有显著变化,开采效率显著提升。施工工艺中裂缝等效渗透率和氧化钙注入量两个关键参数的敏感性分析结果表明在压裂过程中,压裂技术的增产效果会随着等效渗透率的提高而逐渐减弱。除此之外,氧化钙注入量越大,增产效应越明显,并且提高氧化钙注入量只会提高产气量,不会显著提高产水量,所以理论上注入量越大,产气效率越高。与此同时,该方法在不同渗透性能的天然气水合物储层中均有一定的适用性,其中针对低渗储层的促进效应更为显著。综合上述结论,本文从三维模型理论计算的角度定量化验证了原位补热降压充填开采方法的潜在价值,期待为将来的水合物试采工作提供一定参考。     

松藻矿区多煤层合采储层压降特征及启示

西南地区晚二叠世龙潭组煤层气勘探开发取得较好的成效,该层位弱含水性制约着煤层气的排采。为揭示多煤层合采条件下煤储层的压降特征,以平面径向渗流理论为指导,利用松藻矿区Q1井地质工程数据,基于井底流压、套压、日产水量、日产气量数据的综合分析,建立了纵向上不同储层的井底流压数学模型,并分析不同储层的压降特征。研究表明:M₆、M₇、M₈煤层的初始产气时间分别为45d、162d、217d;储层压力和渗透率控制储层供液能力,导致压降效果随层位的降低而降低;储层临界解吸压力相差较大（4.07 MPa）和日产水量低（0.23 m3）影响多煤层的合采效果。加强选层综合研究、产水特征分析和注水时机研究,开展递进排采相关工艺设备研发和工程探索是弱含水煤层群合采的重要工作方向。      

天然气水合物藏开采数值模拟研究

TOUGH2是美国劳伦斯伯克利国家实验室开发的一套渗流模拟软件,其研究内容与水合物藏的开采在气液渗流、质量和热量的传递等方面有很多的共同之处,但水合物的开采又涉及到固态水合物分解产生气体和液态水或固体冰的,与TOUGH2现有内容有一定区别。为了将TOUGH2软件应用于天然气水合物藏开采模拟,在对TOUGH2的功能进行充分解读后,进行了以下三个主要修改:1针对天然气水合物三相变化的状态方程模块;2添加天然气水合物分解速率和相平衡计算模块;3在TOUGH2程序的主体控制方程中,添加由天然气水合物分解引起的变化量。通过上述修改和程序调试,形成了一套基于TOUGH2的水合物藏开采数值模拟软件。利用该软件对神狐海域的水合物藏参数进行计算,其结果与劳伦斯伯克利国家实验室开发的水合物藏开采模拟软件(TOUGH+HYDRATE)的计算结果进行对比,结果表明两者吻合很好,验证了软件的正确性。     

三维实验模拟双水平井联合法开采天然气水合物

为研究联合法开采天然气水合物,在水合物三维实验开采模拟平台中利用双水平井进行降压联合注温水开采水合物实验,得到温度和压力分布、产气、产水、三相饱和度变化与开采方法的传热特性。整个开采过程可以分为自由气释放阶段、静置阶段、降压开采阶段和注热开采阶段。研究结果表明在自由气释放阶段和静置阶段有二次水合物生成。在注热阶段,水合物在降压和注热的协同作用下进行分解。反应釜中的水合物最终被完全分解,并且本研究的能效比高于前人利用垂直井进行降压联合热吞吐分解水合物的能效比,表明利用双水平井进行降压联合注温水是一种有效的分解水合物的方法。     

The reservoir effect on hydrogeological conditions of shore areas of the ivankovo reservoir

The construction of reservoirs on large rivers in the USSR greatly influences the nature of adjacent areas. The water percolating into reservoir shores replenishes existing aquifers and creates new ones. The water volume formed in this way may be sometimes compared to the storage of the reservoirs. So seepage water is not lost; it remains in an artifically saturated zone and may be used for water supply and irrigation. The negative aspects are the waterlogging of adjacent areas, in topographic depressions, in particular, and soil salinization, especially in southern regions. The analysis and generalization of data on the groundwater regime formation in reservoir shore areas are useful for various branches of the national economy. The Ivankovo Reservoir on the Volga River having a long record of observations has been selected for the studies, which are discussed in this paper.     

水库蓄水对库岸滑坡的影响研究

水库蓄水将显著改变库岸的水文地质条件,进而影响滑坡的稳定状态。以鄂西南某水库为例,阐述了库水位对滑坡稳定性影响的一般规律,并采用剩余推力法计算分析了滑带土抗剪参数、库水位变化和地下水疏干系数对库岸滑坡的影响。在此基础上,对蓄水后库岸滑坡的变形模式进行了模拟分析。研究表明,水库蓄水不仅使滑坡稳定性发生变化,滑坡的变形模式也将由推移式转变为牵引式。     

The reservoir forming characteristics and exploration direction of the condensate gas reservoir in Hailar Basin

<正>Gas condensate is a special oil and gas resource,and it is a hot spot for geologists and geologists in recent years..When gas condensate oil content is equal to or greater than50g/m~3,gasoline generally greater than 800m~3-1000m~3,called condensate gas reservoir.Condensate gas reservoir phase is more complex,in the original formation condition,natural gas and condensate oil in a single state     

Time-domain dynamic analysis of dam–reservoir–foundation interaction including the reservoir bottom absorption

In this paper, time-domain dynamic analysis of dam–reservoir–foundation interaction is presented by coupling the dual reciprocity boundary element method (DRBEM) in the infinite reservoir and foundation domain and the finite element method in the finite dam domain. An efficient coupling procedure is formulated by using the sub-structuring method. The effects of the reservoir bottom absorption are included in the formulations. Sharan's boundary condition for the far-end of the infinite fluid domain is implemented. To verify the proposed scheme, numerical examples are carried out by comparing with the available exact solutions and finite–finite element coupling results for the dam–reservoir interaction. A complete dam–reservoir–foundation interaction is also studied by including the bottom absorption effects. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

水库下游河流再造床过程中的河岸侵蚀

根据实测河道地形资料,分析了水库下游河床演变中的河岸侵蚀现象,包括不同横向边界约束条件、不同床沙组成和不同河型河段的河岸侵蚀的特征及规律。结果表明:①水库下游均会有河岸侵蚀发生,但初期一般以下切为主,后期以展宽为主。②对于横向边界约束较强的河段,河岸侵蚀相对较弱;相反,则河岸坍塌严重,河岸侵蚀强烈;③对不同的河床组成和边滩组成的河段:河床较粗特别是形成抗冲粗化层,且边滩组成较细的河段,河岸侵蚀现象非常剧烈;河床组成较细的河段,如果边滩抗冲性较强,则河岸侵蚀现象相对较弱,如果滩地组成较细、容易坍塌,河岸侵蚀也会较强;④不同的河型有着不同的河岸侵蚀现象。分汊河段以主汊为主;游荡段的游荡特性在初期受到抑制;弯曲河段的撇弯切滩现象较普遍。     

塔里木盆地塔中45井油藏萤石化特征及其对储层的影响

塔中4 5井油藏是位于塔中地区中上奥陶统碳酸盐岩地层中的一个油藏,其储层中发现有大量的被原油充填的萤石脉。岩芯和镜下观察表明,萤石是通过交代方解石形成的,与萤石共生的有大量的热液矿物,如石英、黄铁矿、绿泥石等。萤石中的流体包裹体可分为两期:一期为原生包裹体,均一温度主要为2 6 0～310℃,最高达330℃,为萤石形成时的热液流体温度;另一期为次生包裹体,均一温度主要为10 0～130℃之间,含有大量有机包裹体,代表油气运移成藏的温度。矿物组合和原生包裹体均一温度特征表明萤石的形成与塔中地区热液活动有关。理论计算表明,萤石交代方解石后体积要减少33.5 % ,这将在很大程度上使储层的孔隙度增加。实际岩芯和镜下观察也发现,萤石中有大量的粒间孔隙,并被原油所充填。因此认为,塔中地区的热液活动以及萤石的沉淀在很大程度上改善了储层的储集性,使其更有利于油气的聚集。     

Dolomitization and the causes of dolomitization dolomite reservoir

This paper utilizes multi-methods,such as core observation,slice identification,isotope analysis,trace element analysis,fluid inclusion technique and so on,to study the causes of the dolomite in the Nanpu Sag and the origins of the dolomite reservoir.The study results show that the forming environment of dolomite in the Nanpu Sag is a fresh-water lake environment,and the dolomite is the product of dolomitization which is caused by volcanic thermal fluids in the Early Dongying period.With the development of intergranular pores in the dolomitization process,a lot of dissolved pores/vugs and fractures were formed by denudation in the later periods because of the influence of thermal fluids including the associated fluids of volcanic activities and the expelled hydrocarbon fluids of the source rocks.On the whole,these secondary dissolution spaces greatly enhance the reservoir ability of the dolomite,and there are enough reservoir spaces in the dolomite in the Nanpu Sag.     

Seismicity induced by the filling of the Talbingo reservoir

The 162 m high Talbingo dam was the last of a number of dams to be completed as part of the extensive Snowy Mountains Hydro‐electric scheme in southeastern New South Wales. During a thirteen year monitoring period prior to the filling of the reservoir in May 1971, no seismic activity had been detected in the immediate area. Three weeks after impounding commenced, the first of a long series of events was recorded. The earthquake activity was not distinguished by one main shock, but rather by several sequences, all of which included events up to magnitude 3.5. The first activity occurred in the region of the reservoir, but over a period of three years, the events migrated to a region about 5 km downstream of the damsite. Subsequent activity, whch has been sporadic to the present day, has encompassed both regions. Fault‐plane solutions indicate normal dip‐slip faulting along the line of the reservoir, and indicate that the activity could have been triggered either by the reservoir load or by an increase in pore pressure.     

Numerical modeling of the Sakuma Dam reservoir sedimentation

The present study attempts to predict the reservoir sedimentation in 32 km region of the Tenryu River between the Hiraoka and Sakuma Dams in Japan. For numerical simulations of the reservoir sedimentation, the one-dimensional model of the Hydrologic Engineering Centre-River Analysis System (HEC-RAS) is used together with the inclusion of channel geometry, bed gradation curve, Exner-5 bed sorting mechanisms, fall velocity of the particle, and flow and sediment boundary conditions pertaining to modeling region. The modeling region of the Tenryu River is divided into 48 river stations with 47 reaches in the numerical simulations. The numerical model is calibrated using the available data for 48 years from 1957 to 2004. The formulae of sediment transport function, Manning’s roughness coefficient, computational increment and fall velocity have been identified for getting the best estimation of the Sakuma Dam reservoir sedimentation. Combination of obtained sensitive parameters and erodible limits of 2 m gave the best comparison with the measured bed profile. The computed results follow the trend of measured data with a small underestimation. Although Manning’s roughness coefficient has an effect on the sedimentation, no direct relation is found between the Manning’s roughness coefficient and reservoir sedimentation. It is found that the temperature of water has no effect on the reservoir sedimentation.