海洋天然气水合物试采关键技术

针对海洋天然气水合物开发技术与常规海洋油气开发技术的异同,分析了海洋天然气水合物储层特性和试采面临的挑战,介绍了天然气水合物试采关键技术,包括控压钻井技术、套管钻井技术、抑制性钻井液、钻井液冷却系统、低温低放热水泥浆体系、完井技术、开采方式优选和储层及环境监测技术等,指出了我国海洋天然气水合物试采应围绕水合物物理力学性质、安全成井、连续排采与防砂、开采方法适应性评价、试采过程储层参数和地层形变监测等技术难题开展研究,通过示范工程,形成海洋天然气水合物试采技术体系,为我国海洋天然气水合物的高效开发提供技术支撑。      

海域含天然气水合物地层钻完井面临的挑战及展望

全球天然气水合物资源丰富,被世界各国视为未来石油和天然气的战略性接替能源。天然气水合物主要分布于深水海底浅层和陆地冻土区中,其中海域天然气水合物资源较为丰富,然而,目前海域天然气水合物储层钻完井工程实践较少,存在着许多技术难题和挑战。为了研究和应用海域天然气水合物地层钻完井技术,介绍了美国、日本、印度、中国等国家海域天然气水合物地层的钻探与试采活动,分析了海域天然气水合物地层钻完井技术发展现状,指出在天然气水合物地层钻完井工程中存在的基础性技术难题主要包括钻井液密度窗口窄、天然气水合物相变、井壁失稳、井口不稳定性、出砂防砂等。此外,针对钻完井工程存在的技术难题,对海域天然气水合物地层控压钻井、套管钻井、水平井钻井、防砂和钻井液等关键技术的未来发展进行了展望分析,以期为我国海域天然气水合物地层安全高效钻完井设计提供参考。     

天然气水合物的储层保护技术探讨

目前,天然气水合物的开采技术主要有热激化技术、井下电磁加热技术、化学试剂技术和减压技术等四种技术。只有综合运用降压技术、热激化技术,特别是井下电磁加热技术和现代钻井新技术相结合会更有效地开采天然气水合物。文章归纳总结了天然气水合物的开采技术和开采过程中可能遇到的储层损害问题及其对策。同时,根据天然气水合物的物理力学性质、分布和成藏环境以及钻井特点,认为天然气水合物可能存在的储层损害问题有温度敏感、应力敏感、井漏井喷、井壁坍塌、井眼缩径及蠕变等,并分析了各种储层损害的原理,可能造成的危害及其解决措施。     

日本海域天然气水合物开发技术进展

为了深入了解日本在海域天然气水合物试采过程中获得的经验和教训,给我国天然气水合物的开发提供借鉴和参考,系统介绍了日本第二次海域天然气水合物试采过程,并对日本2次试采技术和存在的问题进行了比较分析,归纳和总结了日本在天然气水合物试采方面的主要技术进展。研究发现,日本在2次天然气水合物试采过程中均遇到了出砂等技术问题,在钻井完井、防砂、人工举升、监测和原位测试等技术方面仍存在显著不足。结合日本在海域天然气水合物开发技术上取得的进步和不足,提出了统一协调研发工作、形成具有自主知识产权的开发设备体系和建立具有针对性的勘查与试采规范等建议。      

井下节流工艺在徐深气田的应用

针对采用井下节流装置的A井开展地面工艺适应性评价试验。通过采取停运采气管道电热带、调节天然气换热量的方法,监测地面工艺管道的运行压力、运行温度、冻堵时间等参数,研究各项参数与水合物的生成关系。A井应用井下节流装置后的采气管道运行压力、电伴热功率和加热炉功率明显降低,地面工艺优化空间大。徐深气田推广井下节流工艺,可有效降低地面工艺建设投资,减少能源消耗和药剂使用,有助于提高气田开发经济效益。     

天然气水合物物性分析测试技术

深入研究了天然气水合物物性分析测试技术,认为沉积物中天然气水合物物性测试没有超出石油天然气储层岩石物性分析的范畴,其测试技术主要是借用和改造在其它领域成熟应用的先进测试技术.因天然气水合物的低温、高压赋存条件的特殊性,增加了模拟环境设备与测试的复杂性.天然气水合物物性测量装置以一维小实验模型为主,且向超低温、超高压方法发展,测试方法趋于多样化.研究指出,天然气水合物模拟实验装置系统结构与性能参数的设计应在满足实验需求的前提下,更多关注实验数据的准确性、实验设备的可靠性和实验操作的便利性.     

海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望

从量级尺度大幅度提高产能是实现天然气水合物(以下简称水合物)产业化开采的关键,而水合物开采能否产业化又取决于原地可采储量能否支撑产业化开采所需要的基本开采周期,以及开采产能能否达到当前产业化开采的标准。为了给水合物开发技术研究提供参考,从海域水合物增产理论与技术学科体系建设的角度,结合国内外水合物实验模拟和数值模拟研究成果,分析了潜在的水合物增产技术,提出了水合物开采增产的基本原理、评价方法及目前存在的技术瓶颈。研究结果表明:①复杂结构井、多井井网、新型开采方法、储层改造是实现天然气水合物增产的主要途径,其增产机理可归纳为扩大泄流面积、提高分解效率、改善渗流条件等三个方面;②复杂结构井和井网是提高水合物产能的根本,基于复杂结构井和井网系统辅助加热或进行储层改造,能从量级尺度提高水合物的产能;③制样技术、储层监测技术和力学场耦合技术是目前水合物增产基础研究的主要技术瓶颈,建议"十四五"期间国家水合物应用基础研究的重点应关注上述技术瓶颈。结论认为,以水平井或多分支井为代表的复杂结构井、以多井簇群井开采为代表的井网开采模式、以降压辅助热激发为主的开采新方法、以水力造缝为代表的储层改造技术的联合应用等,是实现水合物产能量级提升的关键。     

海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望

从量级尺度大幅度提高产能是实现天然气水合物（以下简称水合物）产业化开采的关键，而水合物开采能否产业化又取决于原地可采储量能否支撑产业化开采所需要的基本开采周期，以及开采产能能否达到当前产业化开采的标准。为了给水合物开发技术研究提供参考，从海域水合物增产理论与技术学科体系建设的角度，结合国内外水合物实验模拟和数值模拟研究成果，分析了潜在的水合物增产技术，提出了水合物开采增产的基本原理、评价方法及目前存在的技术瓶颈。研究结果表明：①复杂结构井、多井井网、新型开采方法、储层改造是实现天然气水合物增产的主要途径，其增产机理可归纳为扩大泄流面积、提高分解效率、改善渗流条件等三个方面；②复杂结构井和井网是提高水合物产能的根本，基于复杂结构井和井网系统辅助加热或进行储层改造，能从量级尺度提高水合物的产能；③制样技术、储层监测技术和力学场耦合技术是目前水合物增产基础研究的主要技术瓶颈，建议“十四五”期间国家水合物应用基础研究的重点应关注上述技术瓶颈。结论认为，以水平井或多分支井为代表的复杂结构井、以多井簇群井开采为代表的井网开采模式、以降压辅助热激发为主的开采新方法、以水力造缝为代表的储层改造技术的联合应用等，是实现水合物产能量级提升的关键。     

天然气水合物研究进展与开发技术概述

天然气水合物具有埋藏浅、资源量大、能量密度高、分布广等特点,是继煤、石油和天然气等能源之后的一种潜在新型能源。简要介绍了天然气水合物的结构与特征、资源分布状况、我国天然气水合物的研究进展以及中国石油在南海海域的研究成果,归纳总结了国际上常用的降压法、热激发法和抑制剂法3种开发技术,并建议加强国际合作,建立我国天然气水合物资源勘探开发技术体系,研究安全经济的开采技术和开发模式。     

天然气水合物取样装置的研究现状及进展

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具有至关重要的作用。在调研国内外相关资料的基础上,介绍了目前国内外天然气水合物取样装置的研究现状,包括深海潜水观测取样装置、深海浅孔取样装置和深海深孔取样装置。并建议开展海洋钻井船的研制工作,可优先考虑将石油勘探钻井船改装成天然气水合物勘探钻井船;同时还要保证其取样位置的稳定性,可采取动平衡原理,通过涡轮旋转来抵消海流的作用。与深海深孔取样技术配套的海洋钻井船,可实现对深海的天然气水合物的钻探取样工作。     

井下节流工艺在大牛地气田的应用

针对大牛地气田多数气井在生产过程中易形成水合物、影响气井正常生产的问题，采用天然气水合物预测经验公式法，预测了水合物生成的最大井深，并利用气井垂直管流计算方法确定了合理节流气嘴直径。通过应用井下节流工艺，降低了气井的井筒压力，加之井下温度高，因而有效地制止了天然气水合物的形成；同时选择合理的气嘴直径，有效地控制了气产量的大小，满足了输气要求，避免了现场作业的盲目性。     

天然气水合物降压分解诱发储层变形破坏正交数值模拟实验研究

使用降压法进行天然气水合物开采时,天然气水合物沉积层的失稳破坏是制约其有效开发的关键因素.考虑水合物饱和度和有效应力同时变化对水合物沉积层主要力学参数的影响,建立天然气水合物降压分解诱发储层变形破坏的流固耦合弹塑性模型,编制USDFLD子程序,采用正交数值模拟实验方法,研究初始水合物饱和度、井底压力和有效主应力差对水合...     

海洋气水同产井井筒中天然气水合物非平衡生成风险预测

受海水低温环境的影响,气水同产井井筒中天然气水合物(以下简称水合物)非平衡生成问题突出,增加了井筒堵塞等安全事故发生的风险。为此,基于前人建立的甲烷水合物相平衡模型、水合物生成与分解动力学模型,建立了含水天然气采出过程中井筒温度和压力分布模型、海洋气水同产井水合物非平衡生成与分解理论模型;然后基于有限差分法进行数值模拟计算,形成了一套适用于海洋气水同产井生产过程中水合物非平衡生成风险预测方法(以下简称水合物生成风险预测方法);在此基础上,采用某陆上产气井LN-X的数据对该预测方法的可靠性进行了验证,进而研究了不同参数影响下海洋气水同产井井筒中水合物的非平衡生成与分解规律。研究结果表明:①随着日产气量增大或含水率升高,井筒中生成水合物的区域范围减小,同时水合物物质的量也减小,井筒越不易被堵塞,对海洋气水同产井的安全生产越有利;②井口油压越大,井筒中生成水合物的区域范围越大,同时水合物物质的量也越大,越容易堵塞井筒,对海洋气水同产井的安全生产越不利;③不同海面温度下水合物生成区域的范围一致,并且水合物分解区域的范围也一致,水合物物质的量仅在井口位置附近有差异,海面温度越高,水合物物质的量越低。结论认为,所形成的水合物生成风险预测方法可靠,可以为海上气藏的安全生产管理提供理论指导。     

井下节流气井的生产动态模拟新方法

为了防止天然气水合物的生成以及井底积液的产生,鄂尔多斯盆地苏里格气田很多气井在井底都安装了井下节流装置,此类气井的产气量和井底流压均随着生产时间的增长而逐渐下降,没有一个绝对稳定阶段,故如何利用数值模拟的方法来实现对安装井下节流装置气井的动态模拟,是当前亟待解决的问题。为此,从油藏流动模型和井下节流气嘴流动模型出发,以井底为求解节点,通过耦合处理,提出了定气嘴尺寸生产的新理念;建立了气藏渗流、井下节流装置嘴流的计算模型,推导了新的数值模拟源汇项方程,实现了气藏渗流与井下节流装置嘴流的相互耦合。实例计算结果表明:新的数值模拟方法能够更加准确地体现安装井下节流装置气井的生产动态特征,能有效地应用于产能预测和稳产期评价,同时也为类似气井的产能计算提供了技术支撑。     

深水井开采制度对天然气水合物分解的影响

深水井生产过程中,当地层高温流体流向井口时,由于温差的存在,会通过井筒向地层传递热量,破坏水合物地层的原始温度和压力环境,诱发水合物分解并产生大量甲烷气,导致突增的附加高压直接作用于水泥环,甚至会引发地层失稳、海底滑坡等灾害,严重威胁深水井的井筒完整性.鉴于此,基于传热学理论建立了井筒温度场模型,计算水泥环第二胶结面温...     

双层分支水平井注热海水开采海底天然气水合物经济性评价

开展了对天然气水合物经济、安全可行的开采方法探索,提出双层分支水平井注热海水开采法。该方法是基于日本九州大学能源学院Kyuro Sasaki和Shinji Ono等人的"双水平井注热水开采法"研究成果,利用海水源热泵加热、浅层分支水平井钻井及高温盐水分解天然气水合物等优势技术提出来的一种全新的开采方法。充分利用分支水平井的选择性钻进和有效控制面积大等特性,通过在双层分支水平井中注入热海水形成"热水腔"实现储层的多点沟通,以下注上采模式完成天然气水合物的立体开采。该开采法安全可行、环境友好,且具有较好的经济效益,是实现未来天然气水合物商业化开采的一种积极探索。     

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长庆气田主要采用高压集气集中注醇工艺流程，防止气井生产过程中形成的水合物堵塞，但部分气井及集气管线在生产运行过程中暴露出堵塞严重等问题，为此开展井下节流技术的研究和应用具有重要的实际意义。文章介绍了该工艺的基本原理、井下节流器室内模拟试验以及施工参数优化设计，同时结合井下节流工艺技术在长庆气田现场试验资料，分析了该项工艺技术应用对改变水合物形成条件及减少管线堵塞次数等方面取得的效果。     

基于天然气水合物的新型储运技术

天然气储运技术是连接天然气开发和利用的重要纽带。介绍了天然气水合物的基本特性和应用前景,从天然气水合物的生成、储存、运输和分解等几个关键环节,系统地分析了天然气水合物在储运过程中的技术条件,给出了可供实际工业化生产参考的工艺技术流程。从技术性、经济性和安全性等多角度,比较分析了NGH、LNG、CNG等多种天然气储运方式的优缺点,提出了实现天然气水合物储运技术工业化一些亟待解决的问题。     

塔里木油田高压气井井下节流防治水合物技术

塔里木油田高压气井开采过程中水合物堵塞问题严重,影响了气井的正常生产,因而研究应用了合理的井下节流防治水合物技术。利用水合物生成预测模型与气井井筒压力温度预测模型,对高压气井的水合物生成温度和生成位置进行了预测;采用节点系统分析方法,以节流器为节点预测气井井下节流后的温度压力分布,对比节流前后的井筒压力和温度分布,分析高压气井井下节流防治水合物效果。根据高压气井LN422井的水合物相态曲线和井筒内温度压力场,认为水合物形成风险区为500 m以浅井段。应用井下节流技术后,LN422井的井口压力由29.2 MPa降至12.0 MPa,井口温度由21.0 ℃升至23.7 ℃,且井筒中各处的温度均高于该处的水合物生成临界温度。研究结果表明,井下节流技术可显著降低高压气井的井筒压力和水合物生成风险,延长生产免修期。