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。     

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。     

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.     

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.     

天然气水合物固定井压开采过程数值模拟

采用数值模拟方法研究天然气水合物在压降条件下的开采过程.在井压固定的前提下,建立了轴对称结构下的物理与数学模型.通过计算获得了储藏层中的天然气水合物在不同环境条件下的温度、压力、分解锋面与井间距离,以及以时间为函数的产气率.计算结果表明:天然气水合物的分解程度对井压、储藏层温度的变化十分敏感;大范围的分解并不会带来产气率的大幅度提高;较高的储藏层温度、较低的井压将增大产量;产气率随时间缓慢降低.     

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.     

海洋天然气水合物藏开采若干问题研究

文章阐述了在开采天然气水合物方面所取得的研究进展,包括天然气水合物开采模型及数值模拟,天然气水合物开采物理模拟相似准则,天然气水合物开采方法研究等。建立、完善了天然气水合物开采的数学模型,并以此为基础建立了降压开采水合物物理模拟相似准则。降压法开采单一水合物藏,在某些情况下开采能量不足会导致藏内结冰严重。对下伏气的天然气水合物藏而言,水合物能够提高产气量、延长稳产时间。结合降压和注热的优势提出了注温水-降压法联合开采方法,该方法具有稳产时间较长、稳产气速度高的特点。     

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。     

页岩气藏水平井分段多簇压裂与流动数值模拟

为探究页岩气藏水平井压裂参数对产气量的影响,开展了分段多簇压裂与流动的数值模拟研究。裂缝扩展模型考虑应力阴影作用,利用位移不连续方法求解应力与位移不连续量。耦合井筒和裂缝中流体流动,并采用牛顿迭代法求解;考虑页岩气的黏性流、Knudsen扩散和吸附解吸,采用离散裂缝模型对压裂后页岩气的流动进行了求解。模拟结果表明:多簇裂缝同步扩展时裂缝间距越小,两侧裂缝偏离最大水平主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;随着水平井压裂段数增加,累积产气量增加,但增加幅度逐步降低;至于压裂段,三簇压裂比两簇压裂累积产气量高;裂缝间距越大时,累积产气量越高。     

天然气水合物藏的界定及思考

 在回顾致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气藏定义的基础上,基于天然气水合物藏的特征,认为天然气水合物藏是指具有一定量的甲烷等气体运移到温度-压力适宜的地层,并以固态形式赋存于地层/松散沉积物中的天然气水合物资源及其与之有直接关联的天然气聚集。因此,在开展天然气水合物资源勘查与评价时,应当查明天然气水合物层下部游离气状况,存在游离气层的"固-气两层楼式"天然气水合物藏是当前有利的天然气水合物开发靶体。分析认为神狐海域天然气水合物属于"固-气两层楼式"天然气水合物藏,在进行资源评价和试采时,应该对天然气水合物层和游离气层进行统一考虑,从而有望进一步提高单井日产量和经济效益,促进天然气水合物的勘探与开发。     

太阳能加热开采天然气水合物研究

在分析了目前国内外天然气水合物开采方法优缺点的基础上,提出了利用太阳能加热开采天然气水合物的原理和方法,给出了开采系统的组成,包括太阳能加热采集、汇集、传输、光热转化和天然气分解产出等过程.利用所述的太阳能加热开采水合物方法,不需额外热源,具有经济、高效、清洁无污染等特点.运用传热学、热力学等学科知识和对储层的适当简化,建立了模拟计算数学模型,并进行了实际计算.计算结果表明,利用太阳能加热天然气水合物储层,可使储层温度有较大升高,能够使水合物快速分解,为今后进一步研究提供了理论基础和技术支持.     

分形在南海北部陆坡断裂与天然气水合物关系研究中的应用

 根据分形几何学的原理,利用数盒子法计算了南海北部陆坡断裂的平面分布分维值,并以此探讨了断裂与天然气水合物的关系,结果表明：属被动陆缘的北部陆坡断裂越发育水合物异常越少,而属主动陆缘的台西南则断裂越发育水合物异常就越多。这一结果也反映了：被动陆缘环境的张性断层因缺乏相伴生的褶皱而不利于水合物的发育,并可能作为天然气的泄漏通道而破坏水合物成藏;主动陆缘环境的断裂以挤压逆冲断层为主,并伴生强烈的褶皱,其中断裂是深部烃源向上运移的通道,褶皱则是浅部天然气聚集成藏的圈闭。     

海洋变分同化背景场误差协方差矩阵构造技术

为改进背景场误差协方差矩阵构造技术,提高海洋资料变分同化效果,首先将背景场误差协方差矩阵分解为背景误差标准偏差矩阵、非平衡变量空间相关算子以及多变量间平衡算子3部分,然后利用广义扩散方程模拟空间相关算子,联合引入温盐约束关系、线性状态方程、海表高度诊断方程、静力平衡、地转平衡关系模拟多变量平衡,最后给出了一种适用于海洋资料变分同化的背景场误差协方差矩阵构造方案。单点海表温度观测模拟同化试验表明,该方案可实现观测信息在三维空间、多变量间的传播,充分体现了背景场误差协方差矩阵在同化中的作用。     

1900—2000年地磁场及长期变化的空间功率谱分析

根据第8代国际地磁参考场模型,计算并分析了1900－2000年地球主磁场及长期变化的空间功率谱,并将长期变化谱分解为稳定和漂移谱、漂移谱又分解为经向漂移和纬向漂移谱分别进行分析,结果表明19002－000年主磁场的空间功率说贩等效磁源深度随时间变化,非偶极子场的等效磁源深度位于核幔边界附近,用n＝1,2两阶谐波的拟合直线得到的等效磁源位于地球内核边缘,而且1900年以来离地心向外增大,长期变化中,经度方向的漂移谱起主要作用,漂称谱有30a的周期规律,而稳定谱存在60a的周期变化特征。     

含甲烷水合物多孔介质的复电阻率频散特性与模型研究

在获得3.5%Nacl溶液-海砂-甲烷水合物体系阻抗谱参数的基础下,通过计算得到了该体系的复电阻率数据,分析了复电阻率参数的频散特性以及水合物饱和度对其频散特性的影响,进而建立了复电阻率模型。结果表明：在0.1 Hz~1 MHz测试频率范围内,含甲烷水合物多孔介质的复电阻率存在明显频散现象;甲烷水合物饱和度与复电阻率频散特征参数密切相关,饱和度越小复电阻率频散特性越显著,当测试频率范围为0.1 Hz~10 Hz时,复电阻率幅值、实部和虚部与测试频率在双对数坐标系下成线性关系,其斜率的绝对值与水合物饱和度之间成递减的近似线性关系,而当测试频率范围为10 Hz~1 MHz时,复电阻率幅值和实部的频散度与水合物饱和度符合递减的近似线性关系;在本研究的测试条件下,含水合物多孔介质体系的阻抗谱可以用电阻和电容的串联等效电路模型来拟合,基于此建立的复电阻率模型可用来计算水合物饱和度。     

天然气水合物热激励法开采模型研究

根据分子动力学分解理论,建立了天然气水合物热激励法开采数学模型,并在此基础上考虑了逆反应的存在对水合物分解规律和气体在地层中渗流特性的影响.利用有限差分法对压力和温度控制方程进行了数值求解,同时分析了地层压力场和温度场的分布规律、天然气的产量变化特征以及渗透率对它们的影响.计算结果表明,在水合物分解前沿,压力值出现跳跃而温度值达到最低点,天然气的产量随时间呈明显的周期性变化趋势,而且随着时间增长,周期逐渐变长,对渗透率的变化敏感.通过分析比较,计算结果与实验结果吻合很好.     

天然气水合物勘探技术综述

天然气水合物是一种潜在的巨大能源,发展天然气水合物勘探技术,准确确定天然气水合物的分布与蕴藏量,对我国天然气水合物产业的建立有至关重要的作用。目前,国际上天然气水合物调查研究已呈现多学科、多方法的发展趋势,而国内天然气水合物勘探刚刚起步。总结了国内外地质、地球物理、地球化学等天然气水合物勘探技术,并介绍了我国天然气水合物的研究现状。