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。     

天然气水合物藏开采数值模拟技术研究进展

中国天然气水合物资源丰富,实现天然气水合物商业化开采,对于缓解中国能源短缺压力具有战略意义。数值模拟是指导天然气水合物藏安全有效开采的重要技术手段,通过对水合物藏产能预测与动态分析,可以实现对开采方法的优选、可采资源评价和开发方案优化。天然气水合物藏开采过程涉及水合物分解相变与气水在地层内渗流传热等多个物理化学过程之间的复杂耦合机理。重点介绍了水合物藏开采现状、水合物藏开采数学模型优化研究、天然气水合物开采数值模拟应用进展,分析了数值模拟研究的核心问题、取得的进展以及当前亟需解决的瓶颈问题,并指出水合物藏开采数值模拟发展趋势,对于开展天然气水合物数值模拟研究具有较好的指导意义。     

天然气水合物降压开采数值模拟及影响因素分析

采用数值模拟方法,将降压开采分为完全分解区、分解区和未分解区进行数值模拟研究,建立了天然气水合物多相(气、水、水合物)流分解能量守恒模型、分解反应动力学模型.在此基础上,建立了二维数学模型以分析产气性能影响因素.模拟计算结果表明,出口压力越大,累积产气量越小;边界传热越快,分解越快;绝对渗透率对累积产气量和产气率影响较小.所做工作为进一步开展室内模拟实验和工程应用研究提供了技术依据.     

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.     

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.     

天然气水合物降压开采过程井周水合物的二次形成

采用降压法开采天然气水合物,受分解吸热效应影响,地层温度降低区域的范围不断扩大。同时,生产井周水合物分解区受气体节流膨胀效应影响,温度降低现象更加显著,在一定的温、压条件下会出现水合物或冰形成,导致该区域内储层有效渗流通道被堵塞,渗流阻力升高,影响水合物分解气体的产出。通过自主研发的水合物分解区逆相变形成演化试验装置,模拟不同生产压差下水合物分解产出气体从分解前缘渗流至生产井筒这一过程,采集和计算试验过程中的储层温度、压力、饱和度等参数变化,探究分解区内影响冰与水合物二次形成的主控因素。结果表明：水合物分解气体在较大生产压差作用下受气体节流膨胀效应影响,会在生产井周5 m内引起温度下降,导致水合物二次形成;压差越大水合物二次形成的范围越向井壁缩小,且温度易降至0℃,形成冰堵,抑制气体产出;小压差情况下分解气供给小,造成分解前缘前部水合物二次形成区域范围大,但水合物二次形成量小;低渗透水合物储层气体流速低,气体节流膨胀效应减弱,水合物二次形成带窄。     

损伤效应下天然气水合物产气规律模拟研究

天然气水合物分解产生的固体结构损伤影响着沉积物的力学行为,建立了考虑损伤效应的温度-渗流-应力-化学的多物理场耦合理论模型,对比验证该模型的可靠性并分析降压幅度、沉积物初始绝对渗透率和沉积物初始孔隙度对水合物损伤及产气规律的影响。结果表明：降压幅度较大会加剧水合物损伤,较快完成分解;高初始绝对渗透率在围压作用下会引起水合物孔隙闭合,抑制损伤产生,降低产气速率;不同初始孔隙度下,水合物损伤变化呈现出“快-慢-快”3个阶段,初期快速分解促进损伤产生,中期产生较大压缩变形抑制损伤产生,后期分解体积大于沉积物压缩变形使得损伤速率再次加快。     

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。     

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。     

天然气水合物藏注热水开采敏感因素试验研究

采用自制的一维天然气水合物(NGH)开采模拟试验装置,模拟海洋地质条件,在填砂模型(填砂管直径8 cm,长80 cm)中生成天然气水合物,并通过注入热盐水进行热力开采的物理模拟试验,分析水合物藏地质因素和注热参数对注热水开采能量效率(水合物分解所得甲烷气的热量与注入热量之比)的影响。结果表明:影响能量效率的因素由大到小依次为注热水温度、水合物饱和度、初始温度、注热水时间、注热水速度;在水合物藏地质因素中,水合物饱和度越大,初始温度越高,注热水开采能量效率越高;在注热参数中,注热温度越高,能量效率越低;在注热开采时需要合理优化注热水温度、注热水时间和注热水速度;试验条件下,注热水开采能量效率最高的试验组合为水合物饱和度48%,初始温度5℃,注热水温度40℃,注热水时间350 min,注热水速度12 mL/min,最高能量效率为6.74。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

天然气水合物开采立管力学特性研究

深水天然气水合物开采立管是开采水合物的关键通道,管内由于水合物分解形成多相内流会导致其受力变形更为复杂,在内外流综合作用下水合物开采立管易发生失效事故。为分析水合物开采立管的力学特性,考虑管内水合物的分解与流动,并将其引入立管动力学方程,建立了海洋环境与管内多相流共同作用下的水合物开采立管动力学模型,采用有限单元法对模型进行离散求解,以固态流化试采工艺为例,分析了浆体密度、排量与出口回压对水合物开采立管力学响应特性影响规律。结果表明,立管内水合物分解形成多相流使得立管系统质量减小,导致立管沿程截面张力增大,水合物开采立管的形变位移、弯矩与偏转角度均比纯液立管小;无浮力块配置的水合物开采立管最大位移出现立管中下段,最大弯矩与偏转角度出现在立管底端;水合物开采立管的弯曲位移、弯矩与偏转角度随着浆体密度、浆体排量和立管出口回压的增大而增大;适当增加水合物开采立管顶部张力或配置浮力块,减小浆体密度与排量,降低立管出口压力均有利于减小立管的弯曲变形。研究结果可以为水合物开采立管的安全控制提供理论指导。     

天然气水合物开采方法及数值模拟研究评述

天然气水合物是21世纪的一种新型洁净能源,资源量大,分布广,其勘探开发技术已得到各国的重视.综合介绍了天然气水合物的概况及其分布,分析了目前提出的降压法、加热法、添加化学剂法等各种开采方式,介绍并对比了有关水合物藏开采计算的各种数学模型.研究认为TOUGH2通用数值模拟软件中加入的EDSHYDR模块是目前水合物藏开采计算的最佳模型.