南海北部天然气水合物藏垂直井网降压开采数值模拟
发布时间：2021-09-05 02:28
为了提高南海北部低渗透率、泥质粉砂型天然气水合物（以下简称水合物）储层降压开采的气产量和采收率,基于我国2017年水合物试采W17站位水合物层含有少量游离气且下伏泥层的条件,根据实际试采数据,针对单垂直井和垂直井网两种布井方式,利用TOUGH+HYDRATE软件进行了水合物层降压开采数值模拟,研究了开采井产气/产水特征及开采区温度场、压力场、水合物饱和度场的变化特征,进而分析了渗透率、井间干扰对压力场、温度场及流场变化的影响机制。研究结果表明:①低渗透率泥质粉砂型水合物层在降压开采过程中,水合物的分解使水合物沉积层渗透率增大,从而使气、水产量增加;②在降压开采初始阶段,开采井的气、水产量短时达到峰值后急剧减小,水合物迅速分解、吸热及游离气的涌入使得井筒附近温度降低,而后随着开采时间的延续,气、水渗流阻力增加,压降传播速率降低,水合物分解气产量和井口气产量不断降低,水产量则缓慢上升;③水合物的分解由压降和周边流体渗流、传热联合控制,井筒附近及水合物层上下界面处的水合物优先分解,井口产出的天然气有较大部分来自于周边水合物层中的游离气和孔隙水溶解气;④采用垂直井网进行水合物开采,每口井的控制...
【文章来源】：天然气工业. 2020,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
W17站位水合物藏单垂直井累计产气量模拟结果与2017年试采结果对比图
通过对两种布井方式的对比，可以看出在开采初期单垂直井和垂直井网的单井平均气产量基本一致；生产12天后，井网的qR开始低于单井；生产36天后，井网的qP开始低于单井；5年生产期内，垂直井网下的单井平均累计产气量（QP、QR）、累计产水量（QW）均低于单垂直井的累计产气量和累计产水量，且对应的差值逐渐增大。这主要是因为井网联合开采时由于井间对称性压降分布和流场干扰的影响，每口井的产气产水量只能来自于各自的压降区域内，垂直井网下单井平均控制的开采面积（1 600 m2）远远小于单垂直井控制的开采面积，单垂直井在生产时周围水合物储层的游离气和水会在压差作用下向其井筒渗流，因而产出更多的游离气或溶解气；开采5年，垂直井网下单井平均QP与QR的差值仅为57.5×104m3，约占井口累计产气量的27%，而单垂直井QP与QR的差值则为294×104 m3，约占井口累计产气量的50%。随井距增大，每口井的控制面积增大，开采后期的单井平均产气/产水速率及累计产气/产水量增大，但井场总的气产量和水合物采收率降低。2.2 开采温压场及水合物饱和度分布
针对W17站位水合物藏特征，采用圆柱体水合物藏模型模拟单垂直井降压开采，采用三维立方体水合物藏模型模拟呈正方形展布的垂直井网降压开采，如图1所示，图中H、W、G分别表示水合物、水、游离气。模型上、下盖层的孔隙度及渗透率分别与相邻的水合物层Ⅰ、泥层相同，厚度取值为20 m；上下盖层厚度的取值应确保开采期内水合物层Ⅰ、Ⅱ及下伏泥层与上、下盖层的热流交换与压力传播不超出上、下盖层范围[3,10]。由此，模型上盖层、水合物层Ⅰ、水合物层Ⅱ、泥层及下盖层的厚度依次为20m、35 m、15 m、27 m、20 m，对应孔隙度依次为35%、35%、33%、32%、32%，对应渗透率依次为2.9 mD、2.9 mD、1.5 mD、7.4 mD、7.4 mD[17]，且渗透率各向同性。另外，气体组分为100%CH4，孔隙水盐度为3.05%，地温梯度为0.044 3 K/m，沉积层密度为2 200 kg/m3。圆柱体模型沿z方向，上下盖层网格尺寸（Δz）为1.0 m，水合物层Ⅰ、水合物层Ⅱ及游离气层Δz为0.5 m；模型沿径向r最大取值为150 m，足够描述开采过程径向压力传播[3,15]，由于开采井周边区域内的传质传热、相变过程非常剧烈，因此该区域的网格划分更加细密，其网格尺寸为0.05 m，然后随r增大，网格尺寸以对数形式增长；整个模拟区域沿着r、z方向总共被离散为15 714个网格，其中包含15 452个活跃网格（网格的温度、压力、各相饱和度及渗透率等参数随模拟过程不断改变），模拟区域的最上层（上盖层）及最下层（下盖层）的边界处网格被定义为非活跃网格（网格的温度、压力等参数在模拟过程中都保持恒定）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征及主控因素新认识[J]. 杨胜雄,梁金强,陆敬安,曲长伟,刘博. 地学前缘. 2017(04)
[2]南海北部陆坡天然气水合物成藏条件及其控制因素[J]. 梁金强,王宏斌,苏新,付少英,王力峰,郭依群,陈芳,尚久靖. 天然气工业. 2014(07)
本文编号：3384488
【文章来源】：天然气工业. 2020,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
W17站位水合物藏单垂直井累计产气量模拟结果与2017年试采结果对比图
通过对两种布井方式的对比，可以看出在开采初期单垂直井和垂直井网的单井平均气产量基本一致；生产12天后，井网的qR开始低于单井；生产36天后，井网的qP开始低于单井；5年生产期内，垂直井网下的单井平均累计产气量（QP、QR）、累计产水量（QW）均低于单垂直井的累计产气量和累计产水量，且对应的差值逐渐增大。这主要是因为井网联合开采时由于井间对称性压降分布和流场干扰的影响，每口井的产气产水量只能来自于各自的压降区域内，垂直井网下单井平均控制的开采面积（1 600 m2）远远小于单垂直井控制的开采面积，单垂直井在生产时周围水合物储层的游离气和水会在压差作用下向其井筒渗流，因而产出更多的游离气或溶解气；开采5年，垂直井网下单井平均QP与QR的差值仅为57.5×104m3，约占井口累计产气量的27%，而单垂直井QP与QR的差值则为294×104 m3，约占井口累计产气量的50%。随井距增大，每口井的控制面积增大，开采后期的单井平均产气/产水速率及累计产气/产水量增大，但井场总的气产量和水合物采收率降低。2.2 开采温压场及水合物饱和度分布
针对W17站位水合物藏特征，采用圆柱体水合物藏模型模拟单垂直井降压开采，采用三维立方体水合物藏模型模拟呈正方形展布的垂直井网降压开采，如图1所示，图中H、W、G分别表示水合物、水、游离气。模型上、下盖层的孔隙度及渗透率分别与相邻的水合物层Ⅰ、泥层相同，厚度取值为20 m；上下盖层厚度的取值应确保开采期内水合物层Ⅰ、Ⅱ及下伏泥层与上、下盖层的热流交换与压力传播不超出上、下盖层范围[3,10]。由此，模型上盖层、水合物层Ⅰ、水合物层Ⅱ、泥层及下盖层的厚度依次为20m、35 m、15 m、27 m、20 m，对应孔隙度依次为35%、35%、33%、32%、32%，对应渗透率依次为2.9 mD、2.9 mD、1.5 mD、7.4 mD、7.4 mD[17]，且渗透率各向同性。另外，气体组分为100%CH4，孔隙水盐度为3.05%，地温梯度为0.044 3 K/m，沉积层密度为2 200 kg/m3。圆柱体模型沿z方向，上下盖层网格尺寸（Δz）为1.0 m，水合物层Ⅰ、水合物层Ⅱ及游离气层Δz为0.5 m；模型沿径向r最大取值为150 m，足够描述开采过程径向压力传播[3,15]，由于开采井周边区域内的传质传热、相变过程非常剧烈，因此该区域的网格划分更加细密，其网格尺寸为0.05 m，然后随r增大，网格尺寸以对数形式增长；整个模拟区域沿着r、z方向总共被离散为15 714个网格，其中包含15 452个活跃网格（网格的温度、压力、各相饱和度及渗透率等参数随模拟过程不断改变），模拟区域的最上层（上盖层）及最下层（下盖层）的边界处网格被定义为非活跃网格（网格的温度、压力等参数在模拟过程中都保持恒定）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征及主控因素新认识[J]. 杨胜雄,梁金强,陆敬安,曲长伟,刘博. 地学前缘. 2017(04)
[2]南海北部陆坡天然气水合物成藏条件及其控制因素[J]. 梁金强,王宏斌,苏新,付少英,王力峰,郭依群,陈芳,尚久靖. 天然气工业. 2014(07)
本文编号：3384488
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