海域天然气水合物产能研究

发布时间：2020-06-14 09:06

【摘要】：天然气水合物作为新型可替代能源,其开采研究已经引起世界上很多国家的重视。全球海域天然气水合物储层中有90%以上的为泥质粉砂类型。该类型的储层胶结强度低,水合物分解后呈现出半流塑状,开采过程中伴随着塑性变形和渗透率降低的现象。开展该类型的水合物储层相关实验评价和产能规律研究,对该类型水合物矿藏的开采有十分重要的意义。针对泥质粉砂水合物储层的这种特性设计了一种岩心测试系统,在此基础上开展了泥质粉砂水合物储层相关特性实验,为该类水合物矿藏产能评价提供基础参数。结合实验测试结果,以日本第一口试采井为例,泥质粉砂水合物夹层渗透率和束缚水采用实验值,研究了不同完井区间对水合物矿藏产能的影响。结合实验测试结果建立了泥质粉砂水合物理想模型,评价了泥质粉砂水合物矿藏的产能。主要开展的工作和取得的认识有:(1)根据泥质粉砂水合物储层的特点,设计了一种特制的岩心夹持器和小压差稳定驱替装置。在此基础上开展了渗透率受流体流速影响实验和束缚水特性测量实验。实验测得泥质粉砂水合物储层岩心样品的渗透率约为2-8mD,实验测得该岩心的束缚水饱和度为63%。实验测取的渗透率和束缚水饱和度值可以用来作为基准标定相关的电测曲线。(2)以日本南海海槽第一口试采井AT1-P井的地质数据为基础,泥质粉砂水合物夹层相关参数取实验测试值,在拟合现场试采产气数据的基础上进行了为期一年的开采模拟。详细分析了降压开采过程中各个物理特性的演化过程,解释了产能变化的内在原因。(3)评价了3种不同完井区间对水合物矿藏的产能影响,模拟结果表明:采用水合物层下部完井方式,可以通过快速采出下伏含水层中的水来达到整个水合物藏压力较快下降的目的,从而有效促进水合物的分解,较快速地开采水合物藏,具有较好的开采效果。在模拟开采的一年内采用该种完井方式,最大产气量约47000 m~3/d,最大气水比约37。(4)低渗透泥质粉砂水合物矿藏在降压开采过程中,产气量稳定在约180m~3/d,远不能达到工业开采的目的,需要开展压裂和加热等相关增产工艺的研究。评价了该类型水合物矿藏的产能及影响因素,结果表明水合物储层的初始渗透率越高,水合物矿藏的产气、产水速率越高;水合物储层的初始温度越低,水合物矿藏的产能越低;水合物初始饱和度越低,水合物分解产气量越低,矿藏的产水量越高;井底流压越低,水合物矿藏的产能越高。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE53
【图文】：

Ⅰ型,小球体,气体分子,天然气水合物

第1 章绪论有四种分子结构，即Ⅰ型、Ⅱ型、H 型及一种尚未命名的结构[1-3]。各种结构的详细特征见图 1.1 所示。在自然界中最常见的为结构Ⅰ型，其理想的化学分子式为M 5.75 H2O，M 为天然气气体分子，5.75 为水合数，在数值计算中通常用整数 6表示水合数。由于在自然界中最常见的为结构Ⅰ型，因此在水合物藏开采模拟中通常用结构Ⅰ型水合物化学性质来进行分解动力学及质量守恒相关的计算。

区域图,天然气水合物,区域,相平衡

图 1.2 天然气水合物稳定存在的区域[5]（a）永久冻土区（b）海底环境Fig .1.2 The stable presence area of natural gas hydrate. (a) Permafrost (b) seabedenvironment天然气水合物的相平衡性质主要应用在以下几个方面：首先，相平衡是研究水合物稳定与否的重要理论基础，为水合物成藏及找矿提供理论依据；其次，水合物的相平衡是众多开采方法及理论的依据；水合物的相平衡也为油气储运领域防止管道堵塞提供了理论基础[6,7]。综合国内外学者的研究成果可以发现[8,11]，气体组分、天然气水合物储层中水的盐度、多孔介质的毛管力等对天然气水合物的相平衡曲线影响较大。重烃组分含量增加，相平衡曲线向高温、低压方向移动，即水合物越稳定。孔隙水盐度增加，相平衡曲线向低温、高压方向移动，即水合物越不稳定。天然气水合物在多孔介质中需要更低的温度和更高的压力才能稳定存在，即水合物在多孔介质中稳定存在需要更加苛刻的条件。

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