海域天然气水合物开采增产理论与技术体系展望

发布时间：2020-12-13 02:19

　　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... 

【文章来源】：天然气工业. 2020年08期 北大核心

【文章页数】：16 页

【部分图文】：

已有的天然气水合物试采日均产能与产业化门槛产能之间的关系图

尽管针对不同的地质条件、采用不同模拟手段获得的水平井增产效果模拟结果差异较大，并且针对具体储层的水平井参数优化需要考虑的因素也还没有定论，但可以肯定的是：水平井一定能够在一定程度上扩大天然气水合物分解的面积，水平段长度越长，分解阵面越大。但是受成本、技术难度的限制，超长井段水平井在天然气水合物储层中的应用仍然受限[61]。如何在短期内快速见效并缓解工程地质风险，是天然气水合物复杂结构井应用的关键。为此，中国地质调查局青岛海洋地质研究所（以下简称青岛海洋地质所）提出了大尺寸主井眼多分支孔有限控砂天然气水合物开采技术（专利号：ZL201611024784.7;JP2018-528718）。其基本思路是：首先穿透天然气水合物储层形成一口大直径主井眼垂直井或水平井；然后通过在主井眼周围形成若干与主井眼呈一定夹角、定向分布的分支孔，分支孔内按照“防粗疏细”的基本原则填充砾石形成高渗充填通道[29]，以达到提高泥质粉砂天然气水合物储层产气能力、降低工程地质风险的双重目的。大尺寸主井眼与多分支孔配合关系模式示意图如图2所示。为了验证大尺寸主井眼多分支孔这一“单井丛式井”的增产效果，以“垂直主井眼∠两分支孔”井型为例，基于我国南海神狐海域W19站位的地质参数开展的初步模拟结果显示，主井眼配套2口深度约为60 m的倾斜孔，能够在缓解储层出水的同时使天然气产能翻倍[62]。可以预见，在储层控制边界足够大的情况下，多分支孔开采技术能够在开采初期快速见效；但对于长期开采而言，当天然气水合物分解范围超过分支孔控制边界后，多分支孔的增产效果将大打折扣。因此，“主井眼多分支孔”向多分支井开采的转化将会是必然选择。特别是对于纵向非均质性明显的储层，多分支井在开采中后期具有明显的增产优势[63]。

总之，目前针对降压法辅助热激发开采模拟的研究百花齐放，研究结论不一而足。总体而言，单纯依靠热激发很难实现天然气水合物的高效开采，依赖复杂结构井或多井井网降压，将热激发作为辅助措施一定能够提高天然气水合物的产能。此外，天然气水合物的分解是吸热反应，从长期开采的角度来看，必须要通过热量的补充来促进天然气水合物的分解，进而保持产气的稳定性。因此，在天然气水合物开采过程中，加热占有非常重要的地位。但是一味地强调注热温度或加热功率可能无法提高能效比，因此在基于降压法辅助热激发开采天然气水合物时，热源作为辅助手段没必要“用药过猛”，而应以最大能效比作为注热或加热参数的优选标准。目前可行的办法是通过一系列最优化分析方法（如Pareto最优准则[85]）确定最佳的辅助加热功率。2.4 储层改造辅助增产


本文编号：2913707