天然气水合物储层微波加热能量补充装置设计

针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微波天线的结构参数对储层内平均电场强度的影响,优化了微波天线的结构参数;并针对优化后的结构参数,分析了不同微波参数下微波加热10 h后储层的升温效果。模拟结果表明：微波天线的最优结构参数为槽口形状为椭圆形槽口,槽口周期长度为187 mm,长轴为50 mm,短轴为11 mm,槽口角度为19°;微波频率为1.5 GHz、微波输入功率为3 kW时,微波加热10 h后水合物储层半径1 m范围内的平均温度为10.43℃,升高约5℃。所设计的微波加热能量补充装置能为水合物的分解提供驱动力。研究结果可使微波加热技术应用在水合物开采中,为天然气水合物的高效开发提供了一种新的方案。     

天然气水合物加热分解储层变形破坏规律研究

为避免开采天然气水合物导致储层变形破坏,引起环境灾害,研究加热法开采天然气水合物过程中水合物饱和度、储层物性参数、超静孔隙压力变化对储层变形破坏的影响。建立了反映水合物分解引起储层力学物性劣化规律的热流固耦合模型,基于ABAQUS二次开发功能编写场变量子程序,对南海神狐海域水合物加热开采诱导储层变形破坏规律进行数值模拟分析。结果表明:天然气水合物储层分解区和力学性质劣化区范围随温度升高呈扩大趋势;未采气条件下,储层超静孔隙压力以加热井为顶点随分解影响距离呈抛物线型分布,超静孔隙压力过大是导致天然气水合物盖层变形破坏的主要因素;储层塑性变形影响范围随温度升高逐渐扩大,先出现在水合物储层与盖层、储层与下伏层接触界面。该研究为天然气水合物安全开采提供了借鉴。     

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。     

天然气水合物开采关键技术研究现状

天然气水合物开发潜力巨大,世界上多个国家对天然气水合物开采的关键技术展开了研究和探索。文章对国内外水合物试采以及研究进展进行阐述,明确了天然气水合物开采过程中面临的主要问题。针对各国的开采现状,对开采过程中的关键技术进行了分析,在防砂技术方面,天然气水合物大多位于海底黏土质粉砂或淤泥质沉积物中,开采过程中出砂问题严重,主要防砂措施为机械防砂、加装防砂网、射孔砂筛防砂、Geoform防砂系统等;在能量补充技术方面,水合物开采过程中地层需补充能量,主要方式有注热水或热蒸汽法、微波加热、电加热和太阳能加热法;在气液分离技术方面,水合物分解后的分离方法主要分为重力沉降法和旋转分离法。在上述综述基础上提出了天然气水合物开采关键技术瓶颈及发展方向,以期为天然气水合物高效安全开发提供参考。     

天然气水合物注热开采能量分析

天然气水合物储量巨大、清洁环保，作为一种潜在战略能源逐渐受到了重视。综述了天然气水合物开采方式并进行了分析，认为由于水合物以固体形式存在，原始状态下渗透率极低，压力传播范围十分有限，降压法开采面临一定的困难；考虑了加热法开采水合物过程中地层内的所有吸热因素，把水合物加热分解过程分为了三个阶段；计算了各部分吸收热量占注入热量的比例。结果表明：注热开采水合物的大部分能量被非水合物升温所消耗，因此提供足够的热源是水合物开发的关键。针对海底水合物开采所需要大量能量供给的状况提出了两种经济廉价的热源。     

国外高含硫气藏开发经验与启示

比较常规气藏而言，高含硫气藏的开发存在很大难度和挑战性。目前国内尚无一套指导高含硫气藏合理开采的开发标准，也没有形成系统开发高含硫气藏实践经验，为此分析了国外典型高含硫气藏开发成功经验，指出了国内高含硫气藏开发的技术关键和面临的技术难点，总结出了目前完成国家自然科学基金研究的进展，并提出目前急需开展的研究工作。即：①高含硫气藏多尺度储层评价研究；②H₂S及天然气混合物赋存状态及成因研究；③H₂S、CO₂、H₂O、天然气共存系统流体相态理论及实验研究；④高含硫碳酸盐岩气藏非线性渗流理论及应用基础研究；⑤储层综合伤害数学模型（应力敏感、硫沉积、水合物）及防治应用基础研究；⑥H₂S、CO₂腐蚀机理及防腐技术研究；⑦储层增产改造机理和改造技术研究；⑧井漏机理及堵漏应用基础研究工艺。     

基于ICP技术的天然气水合物开采方案

天然气水合物(NGH)矿产储量巨大,燃烧后几乎不产生任何残渣,是一种高效利用的清洁能源。为了提出天然气水合物切实可行的开采方案,对天然气水合物成藏特点进行分析,通过当前室内研究的天然气水合物开采方法比较,并考虑到真实开采过程中可能出现的地层破坏问题,在CO_2乳状液置换天然气水合物中CH_4实验和页岩油ICP开采技术的启发下,最终制订出一套具有井工厂特点的天然气水合物开采方案。研究得出:ICP技术核心工艺冷冻墙、加热井井网布置能有效克服热散失,并持续提供热量促进天然气水合物分解。CO_2乳状液置换技术能在高效产出CH_4情况下形成CO_2水合物,防止地层因为天然气水合物分解而产生的地层破坏。注采监测系统的部署能实时监控生产反应过程,可操作性强,控制精度高。     

多孔介质水合物天然气开采分析模拟

由于在冻土层和海洋环境中存在着大量的天然气水合物，因此天然气水合物将成为未来的替代能源。但是，至今尚未对各种开采方法中来自水合物的天然气开采潜力进行充分调查研究。本项研究介绍了一个简单的分析模型，该模型通过减压方法从多孔介质中分解水合物，从而模拟天然气开采。我们认为分解带的热传递、水合物分解内动力学和气水两相流动是涉及多孔介质中水合物分解的三种主要机理。本项研究对涉及物理性质实际变化范围的三种机理的相对重要性进行了比较。实例研究表明，气水两相流动的影响比热传递和水合物分解内动力学的影响小得多。考虑到速度控制作用，开发出的分析模型可以预测在多孔介质中天然气水合物分解的动态特征。模型已用于进行敏感性研究，已便调查在水合物储层进行商业性天然气开采的可行性。研究结果表明，从天然气水合物储层中能够采出大量天然气，水合物叠加在含气带上方。在西伯利亚、阿拉斯加和加拿大的永久冻土区中已发现了这种天然气水合物储层。     

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。     

由麦索雅哈水合物气田的开发谈水合物的开采

对世界上水合物开采唯一成功的案例——麦索雅哈天然气水合物气田的地质情况、生产测试及其各开采阶段的参数进行了简要介绍。该案例对世界水合物的开采有以下启示：寻找与麦索雅哈气田相类似的天然气水合物储层投入开发；尽快解决安全高效开采水合物的问题；优先开发冻土带的水合物。对于我国水合物的勘探开发，建议加快勘探多年冻土带的水合物资源，并尝试进行开发和加强研发安全高效开采水合物技术。     

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异常高温凝析气藏存在特殊的产水规律，产出水在地层中可能是水蒸气或游离水，这将导致井底积液，油管套管及设备腐蚀，还可能与天然气生成水合物，堵塞流动通道，影响正常生产。以大港千米桥凝析气藏BS7、8井为例，利用有水凝析气PVT相态实验研究中水蒸气含量实验结果，结合现场实际生产动态数据，详细地研究了BS7、8井的产水规律。研究结果表明，BS7井地层凝析气中含水量仍然处于饱和状态，产出水包括水蒸气和地层游离水，BS8井地层凝析气中含水量仍然没有达到饱和，地层中不存在游离水。造成含水率等参数异常波动的主要原因有开采层段不同、各种增产作业的影响、机械故障、凝析油产量变化和地层压力下降等，产出的地层水中包括多种水混合物。     

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底水锥进会导致气井产能急剧下降，因此底水气藏通常采用避射水层、限制生产压差的方法防止底水锥进。但对于低渗透底水气藏，其临界锥进产量很小，有时甚至低于单井经济极限产量，无法实现经济开采。章针对此类气藏，提出了射开水层、气水合采的新方法，将储层气水两相渗漉转换为井筒两相管流，降低了气井生产过程中的能量损失。数值模拟计算结果表明，对此类气藏有针对性的气水合采，不仅可以提高气藏的最终采收率，还可以延长气井的稳产期。该方法适用于对底水分布认识相对清楚、底水能量不是很大的底水气藏，也适用于层间水气藏，其经济可行性还取决于地面水处理费用。     

天然气水合物钻采一体化模拟实验系统及降压法开采初步实验

现有的天然气水合物(以下简称水合物)开采技术实验研究通常在较小尺寸的模拟实验装置中进行,由于反应釜样品尺寸较小,导致明显的边界效应且实验结果难以在现场中得到应用,因而研发大尺寸水合物综合开采实验系统刻不容缓。为此,针对我国南海神狐海域泥质粉砂型水合物储层,基于降压法开采思路和工艺流程,研发了一套水合物钻、采一体化模拟实验系统,主要包括主体高压装置、钻采一体化、气液供给、围压加载、回压控制、气液固分离及在线监测、温度控制、数据测控与后处理等模块;利用该系统进行了冰点附近CO_2水合物初步开采模拟实验;基于实验结果建立了数据获取及分析的基本流程,初步获得了在降压法开采CO_2水合物过程中储层的温度、压力场变化以及产气、产水规律。实验结果表明:①该实验系统可模拟实际地质条件制备接近海洋水合物储层的样品,通过电阻层析成像技术实时监测水合物成藏与分布情况;②该实验系统还可模拟钻井、降压开采工艺与过程,实时监测出砂与管道流动等过程中产气量、产水量、产砂量、温度、压力等多个物理参数的变化情况,实现试采全过程的实验模拟。结论认为:①在出口压力一定的情况下,CO_2水合物的产气、产水速率具有很大的波动性;②CO_2水合物分解过程中储层温度分布不均匀,最大的温度降幅为5℃,表明水合物分解呈现出非均一性与随机性。     

低渗透稠油微波原位加热开采数值模拟研究

针对低渗透稠油油藏开采过程中储层注入能力低、热损失高、水资源消耗大等问题,采用数值模拟对微波加热稠油开采技术进行研究,通过建立电磁-传热-流动多物理场模型,明确了微波加热稠油的降黏作用和传热机理。研究结果表明:稠油油藏微波加热后可分为电磁穿透区、多孔介质传导区和未加热区3个区域;最佳辐射频率为2 450 MHz,增加功率可快速提高地层温度;为了避免井筒附近出现过热现象,应采用降功率的阶梯式加热模式;水力压裂裂缝可有效改善低渗透油藏的渗流通道,可与微波加热协同开采稠油油藏。该研究可为低渗透及高黏度稠油的开发提供借鉴。     

温度对多类型超深层碳酸盐岩气藏渗流能力的影响

超深层碳酸盐岩气藏埋藏深、温度高,高温对多类型储层渗流能力的变化规律尚不明确。选取高石梯—磨溪区块灯四段气藏储层岩心,通过测定升温和降温过程中岩样的气体单相渗透率和不同温度下的气水界面张力及气水两相相对渗透率,得到温度对多类型超深层碳酸盐岩气藏渗流能力的影响规律。研究结果表明：在20~120 ℃范围内,随温度改变,不同类型储层岩样气体单相渗流能力均呈幂函数变化,升温过程中气相渗透率下降受气体黏度升高、白云石晶体膨胀及岩石颗粒脆化后运移的共同影响,一次升温和降温后,缝洞型岩样由于微裂缝发育渗透率不可逆程度最高为82.52%,孔隙型岩样由于小孔喉发育次之为27.63%,孔洞型岩样最低为9.46%,缝洞型岩样为温敏型岩样,孔隙型和孔洞型岩样为耐温型岩样,多类型气藏的温度上限集中在44~50 ℃附近;温度升高主要通过降低水气黏度比来提高气驱水效率和气水两相渗流能力,地层温度下的水气黏度约为常温条件下的1/3,高温条件下多类型储层的气水相渗曲线更能代表实际地层的两相渗流特征。温度对多类型超深层碳酸盐岩气藏渗流能力的影响规律可为此类气藏的高效开发提供理论依据。     

水合物气藏降压开采数学模型

文章建立了新的降压分解模型来模拟水合物气藏的降压分解过程。新模型把水合物气藏划分为水合物区、分解区和分解完全区，研究了气、水两相流动，并考虑了整个储层温度的变化。预测结果表明，分解前缘处压力降和温度降急剧；分解区和分解完全区的温降比水合物区的温降更快；分解区内往井底方向，水合物饱和度逐渐降低、天然气饱和度是逐渐增大、水饱和度先增加后降低；水饱和度存在波峰并与水合物分解前缘同向移动。     

底水油藏水平井分段开采研究与设计——以大港油田庄海8馆陶组为例

目前国内绝大多数底水油藏采出程度较低,开发效果不理想,如何进一步提高该类油藏的采收率,是油藏工程技术人员不断的追求与奋斗的目标。以大港埕海油田庄海8馆陶组底水油藏为例,通过对经验与教训的分析,开展了非均质底水油藏中不规则井身轨迹的水平段压降、流量等沿程分布规律的研究,定量描述底水油藏水平井水平段内部流量及压力的分布,明确底水锥进规律。以此为基础进行水平井优化设计,结合储层分布、水平井完钻轨迹、油藏波及动用范围,提出水平井防砂完井分段采油技术方式,实现长水平段内生产压差有效控制,实现了水平段内均衡的采油。理论与实际生产证明,水平井分段开采是不分段开采产量的2倍以上。底水油藏水平井分段开采技术的研究与试验,起到了控水增油的效果,为国内外此类油藏水平井改善开发效果探索了新的途径。     

大庆外围低渗透气田采气工艺技术

大庆外围气田属低渗透、低产砂岩气藏。为了不断发展完善适应这类气田开发的采气工艺技术，经过十多年的开发，研究成功了排水采气、压裂、堵水等一整套的气藏开采工艺技术，这些技术对气藏的高效、合理地开采提供了保证。通过介绍大庆油田外围低渗透气田的各项采气工艺技术现状、应用特点和对采气工艺面临的问题的分析，提出了下步研究方向，为松辽盆地北部深层气、海拉尔盆地CO2气及黑龙江东部煤层气的开发提供技术储备。     

物质平衡微分方程在油(气)藏水侵计算中的应用

在传统的水侵计算方法的基础上,用物质平衡微分方程解决了三个水侵计算的问题:(1)油(气)藏边内、边外注水时物质平衡微分方程的应用;(2)有含水层的未饱和油藏、带气顶的饱和油藏与气藏应用物质平衡微分方程进行水侵计算的方法;(3)一个含水层中有多个油藏的系统,考虑油藏之间的干扰的水侵计算方法。从而形成了一套应用物质平衡微分方程进行油(气)藏水侵计算的完整的方法。     

四川盆地深层海相碳酸盐岩气藏开发技术进展与发展方向

近年来,深层海相碳酸盐岩气藏成为四川盆地常规天然气增储上产的重要领域,但由于该类气藏成藏条件复杂、埋藏深且气水关系复杂,其高效开发面临着巨大的挑战。为此,通过剖析该盆地深层海相碳酸盐岩气藏开发历程,结合深层碳酸盐岩气藏的开发特点与实践,总结梳理了专项技术,并指出了下一步的攻关方向。研究结果表明:①四川盆地深层海相碳酸盐岩气藏的储量规模差异大、类型多,储层品质差、非均质性强,边、底水活跃,且原料气普遍含酸性气体,同时开发井多位于山地,钻遇地层纵向上展布复杂;②四川盆地已形成了一系列专项技术——深层低缓构造强非均质气藏精细描述技术、小尺度缝洞发育的有水气藏治水优化技术、深层复杂气井钻完井及增产工程技术、含硫气藏清洁安全开发配套技术,支撑了该盆地特大型海相碳酸盐岩气藏的高效建产及优化开发;③随着盆地内碳酸盐岩气藏开发开始向超深层的复杂构造带气藏转移,针对该类气藏的构造精细描述和薄储层预测技术、跨尺度数值模拟技术、钻完井及采气工程技术是下一步的技术攻关方向。结论认为,所形成的深层海相碳酸盐岩气藏高效开发专项技术为中国石油西南油气田建成百亿立方米特大型气田、实现天然气产量跨越式增长提供了有力的支撑,相关研究成果可以为国内外深层海相碳酸盐岩气藏的开发提供借鉴。