天然气水合物储层泥质细粉砂挡砂介质堵塞规律与微观挡砂机制

中国南海海域部分天然气水合物储层中地层砂为高泥质含量细粉砂，开采防控砂难度较大。针对高泥质细粉砂挡砂机制问题，使用粒度中值为10.13 μm的泥质细粉砂样品，模拟单向气液携砂流动条件，使用绕丝筛板、金属烧结网、金属纤维、预充填陶粒4类挡砂介质在20~80 μm挡砂精度下进行挡砂模拟实验，采用显微成像系统观察挡砂介质内部及表面砂粒沉积与堵塞动态，分析介质流通性能和挡砂性能变化，总结堵塞规律、微观挡砂机制与形态及其控制因素。研究结果表明，不同类型和精度的挡砂介质对泥质细粉砂的堵塞总体呈现堵塞开始、堵塞加剧和堵塞平衡3个阶段。随着驱替进行，挡砂介质渗透率逐渐降低，幅度会高达90%以上；同时过砂速度减缓，最终过砂率为5%~10%。根据堵塞规律和微观图像分析，提出了粗组分分选桥架、局部砂团适度挡砂、整体砂桥阻挡等挡砂介质对泥质细粉砂的3种微观挡砂机制。以粗组分分选桥架挡砂机制为主的挡砂工况下，挡砂介质堵塞渗透率较高，但过砂率超过15%，挡砂效果较差；以整体砂桥挡砂机制为主时，过砂率在10%以下，挡砂性能较好，但各类挡砂介质的堵塞渗透率不足1 D，流通性能较差。局部砂团适度挡砂机制为主时介质挡砂性能及流通性能介于两者之间。挡砂介质对天然气水合物储层泥质细粉砂的微观挡砂机制和形态受挡砂介质类型、精度、地层砂特征以及流动条件等因素控制，其规律对于水合物泥质细粉砂防控砂优化有指导意义。     

砾石充填介质复合堵塞对天然气水合物储层产能的影响规律研究

砾石充填层堵塞是影响天然气水合物储层砾石充填防砂井产能优化的关键因素。在考虑泥质粉砂与二次生成水合物对砾石充填层复合堵塞情形的基础上,针对人造陶粒与石英砂充填介质,分别开展了泥质粉砂和水合物二次生成堵塞充填层的模拟试验,系统分析了堵塞过程。基于复合堵塞充填层机理及渗透率变化规律,构建了天然气水合物砾石充填防砂井砾石充填层堵塞后的产能预测模型并进行了案例分析。研究结果表明,在泥质粉砂和二次生成水合物堵塞条件下,充填层渗透率的降幅分别达93%与98%;复合堵塞造成充填层渗透率降低对产能的影响显著,堵塞后防砂井产能比的降幅达97%。大粒径砾石充填虽然能缓解产能受损,但效果不明显。研究认为,预防复合堵塞的关键是优化生产制度,避免水合物二次生成。      

天然气水合物储层仿生井壁稳定剂研制及其作用机理

针对南海天然气水合物弱胶结泥质疏松砂岩储层井壁坍塌、失稳难题,本文从模仿贻贝邻苯二酚基团水下粘附机理的思路出发,利用具有成膜性能的聚乙烯醇(PVA)和富含邻苯二酚和邻苯三酚基团的单宁酸(TA)复配,研制了一种能够在水下环境提高井壁稳定性的钻井液固壁剂—仿生强化井壁稳定剂(JBWDJ)。从主动提高粘土矿物颗粒间胶结强度、抑制粘土水化分散、膨胀和稳定水合物构型3个方面强化储层稳定。实验结果表明：JBWDJ浸泡16 h后的岩心土块保持形状完整且具有一定抗压强度,而被清水、聚丙烯酰胺、聚胺抑制剂等溶液处理后的岩心土块均呈散砂状;与未处理岩心相比,JBWDJ可将人造岩心抗压强度提高2.01倍;SiO2微球修饰的原子力探针与5%JBWDJ的粘附力达2314 nN;3%JBWDJ的水溶液处理后的页岩岩屑滚动回收率为80.85%,与清水(48.4%)、聚合物固壁剂(52.35%)和氯化钾(26.3%)溶液处理后的岩屑相比,可显著提高岩屑回收率;含3%JBWDJ的钻井液体系岩心膨胀高度仅为0.9 mm,与不含JBWDJ钻井液体系浸泡处理后岩心土块膨胀高度相比,可将膨胀高度降低50%。流变测试和储层保护实...     

挡砂介质变形及挡砂精度变化规律研究

关于挡砂介质在热采条件下的变形特性以及对挡砂精度的影响规律少有研究。为此,分析了挡砂介质的主要结构类型以及不同金属材料在高温下的线膨胀系数的变化规律;以此为基础,分析割缝缝隙类、绕丝缝隙类和金属滤网类这3种挡砂介质的几何结构模型,建立了高温条件下的介质变形特性及挡砂精度预测模型,分析了不同结构参数下筛管挡砂精度变化规律。分析结果表明:随着温度升高,完全约束条件下的割缝衬管和绕丝筛管的挡砂精度明显降低;360℃条件下绕丝筛管挡砂精度降低幅度小于5%,而割缝衬管挡砂精度降低幅度高达25%,并且割缝间距越大,挡砂精度降低幅度越大;随温度上升,滤网类筛管挡砂精度取决于滤网金属丝直径和原始网孔的相对大小,但变化幅度不超过1%。研究结果可为热采井防砂设计提供指导。     

海域天然气水合物泥质粉砂型储层防砂砾石粒径尺寸选择

2017年5月我国海域天然气水合物试采成功,在其防砂关键技术上也取得了突破性成果。针对弱固结、细粒含量较高、防砂难度较大的泥质粉砂型储层,通过分析国内外天然气水合物试采防砂关键技术,结合我国南海海域试采储层的粒径分布范围和充填砾石混合的特点,建立混合粒径组合等效孔隙尺寸模型,计算得出部分工业砾石混合粒径砾石堆积的孔隙分布范围,进而换算成挡砂粒径。在此理论分析的基础上,设计物理模型实验对不同粒径砾石条件下的仿真储层进行阻砂实验,验证了0.23~0.32 mm的砾石可以阻挡0.04 mm以下的泥质粉砂型储层大量出砂,为我国天然气水合物试采防砂砾石尺寸的选择提供了理论依据。     

深层巨厚稠油油藏泥质细粉砂防治技术

随着稠油油藏热采开发进入中后期,油井出砂日益增多,治理难度不断加大,如何有效地治理油井出砂已成为改善区块开发的关键之一,尤其是疏松的砂岩油藏而言更为重要。以高升油田高18块和高246块为例,经过近三十年的常规采油和蒸汽吞吐后开发,区块油井出砂越来越多,出砂井已占区块总井数的50％,严重出砂油井被迫关井无法生产为背景,阐述其形成的原因并在此分析的基础上,针对区块出现的主要问题和防治砂难点,开 展了相关配套技术研究、试验与应用,进而提出了一套适合深层巨厚稠油油藏泥质细粉砂防治的方式与方法,为下一步深层巨厚稠油油藏泥质细粉砂防治提供依据。     

油井细粉砂防砂工艺技术研究与应用

辽河油田的油井出细粉砂严重，通过防砂基础理论及试验研究，形成了地层深部防砂与携排砂采油技术。在出细粉砂油井及出砂区块进行试验、应用，年平均采取防砂措施300余井次，防砂成功率达90％以上。     

防止天然气水合物堵塞的方法

根据天然气水合物生成的热力学和动力学规律.讨论了了三类天然气水合物阻止剂的作用机理.热力学阻止剂可用于高寒地区,但用量偏大.动力学阻止剂和防聚剂用量小,但前者不能用于高寒地区,后者能用于气井.三类天然气水合物阻止剂具有各自适合的场合和发展空间.     

海上高产气田防砂挡砂精度设计研究

高级优质筛管防砂是海上高产气田常用的防砂工艺,挡砂精度设计的合理性直接影响防砂效果的好坏。由于缺乏该类气田的防砂标准,挡砂精度设计多按照70年代Saucier提出的D50=（5~6）d50设计原则,考虑因素单一,对于特殊地层不具备针对性。制定了海上高产气田的防砂有效标准,以流花气田19-5实际地层岩心为例,进行了均匀系数对挡砂精度设计影响规律实验,结果显示均匀系数越大最佳挡砂精度值越小。首次对泥质含量对气田挡砂精度设计影响规律进行了实验分析,结果显示泥质含量越高最佳挡砂精度值越大,但泥质含量较低时该影响可以忽略。实验结果还表明,当地层砂泥质含量高于14%时不宜采用高级优质筛管防砂。8×8组出砂模拟实验结果遵循D50=（3~5）d50,相对于传统的设计原则,实验佐证了海上高产气田精细防砂理念的正确性,为气田防砂挡砂精度设计和防砂方案优选提供了依据。     

天然气水合物储层吸收衰减机制及岩石物理理论研究进展

似海底反射(BSR)特征作为天然气水合物存在的重要标志，虽能指示水合物的底部位置，却难以用于水合物含量的定量解释。近年来天然气水合物勘探技术的迅速发展，使人们认识到BSR上方存在的地震振幅“空白”带与地震波吸收衰减直接相关，故可将其作为天然气水合物分布及量化的一项指标。本文首先回顾了世界不同水合物探区(加拿大Mallik冻土带、日本南海海槽、阿拉伯海Makran增生楔、墨西哥湾、中国南海神狐海域)以及人工含水合物岩样的地震波吸收衰减特征，发现对于不同的水合物样品、使用不同的资料，地震波表现出不同的衰减特征。进而总结了水合物储层可能存在的衰减机制及相关岩石物理理论，主要包括：全局流动衰减(Leclaire模型)、喷射流(改进的Leclaire模型、亚微米水合物颗粒喷射的HEG模型或微米流体喷射的HBES模型)、骨架摩擦衰减(改进的Leclaire模型)等。目前存在的主要问题在于，虽然多个地区的水合物地层呈现较明显的吸收衰减特征，但由于不同地区水合物生成条件和地质环境存在差异，水合物在沉积物中的赋存状态不同，导致吸收衰减随水合物饱和度的变化关系尚不明确。另外，目前的实际观测资料和岩石物理实验测试的频带范围有限，难以全面地体现衰减随频率变化的特征。因此，需要进一步地开展岩石物理实验研究，并充分结合实际探区资料和人工岩心的制作及实验测量结果，深入研究水合物储层微观结构对衰减机制的附加作用，明确水合物储层地震波衰减的原因，以此为基础研发水合物饱和度的定量地震解释方法。     

天然气水合物藏物性参数综合动态模型的建立及应用

基于应力敏感性实验得到了储层渗透率、孔隙度和弹性模量等物性参数随有效应力的变化规律,结合现有水合物藏物性参数与水合物饱和度的关系模型,建立了水合物藏物性参数的综合动态模型。该模型全面考虑了水合物分解效应以及储层应力状态变化对物性参数的影响。水合物藏降压开采实例研究表明,水合物分解效应和储层应力敏感性是影响储层物性参数的两个重要因素。其中水合物分解效应起主要控制作用,造成水合物分解区储层渗透率和有效孔隙度明显增加,而弹性模量则明显降低;储层应力敏感性的影响覆盖整个压力波及区,其对物性参数的影响趋势与分解效应相反,因此对分解效应的影响具有一定抑制作用。     

天然气水合物降压开采出砂定量预测新模型

国内外天然气水合物试采经验表明，出砂问题是制约水合物资源有效开发的关键因素。从地层流体渗流角度出发，结合岩石力学理论，通过在出砂半径内对出砂量与产气量关系的推导，建立了天然气水合物降压开采出砂定量预测新模型。模型在确定地层和流体等参数情况下，得出地层出砂 量与产气量呈正相关关系，因此确定水合物降压开采产气量就可以定量预测对应的出砂量。结合岩石颗粒出砂模拟，描述了不同时期水合物分解过程颗粒出砂动态演化特征，并验证了模型预测的精度。从研究结果可以看出，水合物降压法开采过程中产气量、出砂量与地层压差关系密切。该研究成果对天然气水合物出砂预测具有一定启示作用，对后续水合物规模矿场试采也具有重要的意义。     

番禺30-1气田水平井精细防砂研究与实践

番禺30-1气田是以水平井开发为主的海上深水气田,生产时地层出砂,必须采用先期防砂完井才能投产。海上深水气田开发的高成本决定了其防砂措施必须可靠,因此需要确定该气田水平井采用的高级优质筛管的防砂层结构和综合挡砂精度。采用实际的地层岩心,通过室内出砂模拟实验确定了高级优质筛管防砂的合理挡砂精度,获得了不同于常规的防砂设计准则。生产实践表明,采用出砂模拟实验确定的挡砂精度比直接采用防砂准则设计的挡砂精度更加可靠,防砂后产量高,防砂效果好,为此类气田进行精细防砂设计提供了新的思路。     

油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程研究

为研究油气混输管道中天然气水合物的形成和堵塞过程,采用自行设计的高压环道装置,以去离子水、柴油、天然气为管输介质,在含水率70%、液相初始流量2 000kg/h等条件下进行水合物堵塞实验。研究结果表明:实验时水合物在管道中各处同时生成,但初始生成量并不相同;在实验含水率70%的条件下,水合物主要在管道气相空间壁面和液相主体中生成;水合物的生成会导致管内流量降低,在未添加乳化剂的情况下,油水混合液会因流量的降低而产生分层,此时水合物颗粒集中分布在混合液下层,造成流体黏度和管段压降的急剧升高,进而引发管道堵塞。     

稠油油藏出砂机理、影响因素及防砂技术对策——基于辽河油田稠油油藏防砂实践

以辽河油田不同类型稠油油藏的动、静态资料为基础,从多孔介质中流体渗流理论、应力分析及储层微观特征等方面入手,结合油层出砂规律,对稠油油藏出砂机理及影响出砂程度的主要因素进行了分析,提出了稠油油藏防砂技术对策。     

长期注水开发砂岩油田储层渗透率变化规律及微观机理

大庆喇萨杏油田为典型的陆相非均质砂岩油田,其储层非均质性强,由于不同渗透率储层孔喉结构特征、黏土矿物构成等存在差异,水驱前后表现出各不相同的变化特征,进入特高含水开发阶段后,“三大矛盾”更加凸显。综合利用扫描电镜、铸体薄片、核磁共振、检查井分析、驱油实验和生产动态等资料,系统研究了不同渗透率储层水驱前后渗透率的变化规律,量化了不同渗透率储层水驱前后渗透率变化幅度,从储层黏土矿物、粒度中值、孔隙分布和孔喉特征等方面分析了导致渗透率变化差异的机理,阐述了不同渗透率储层参数变化对注水开发的影响,从而对特高含水期不同类型储层控水挖潜有一定的指导作用。     

纤维复合无筛管防细粉砂技术在涩北气田的应用

柴达木盆地涩北气田是中国第四大气田，其储集层为第四系粉砂岩和泥质粉砂岩，胶结疏松，出砂严重，常规防砂技术基本无效或效果很差。根据对该气田储集层的研究，其防砂作业要采用软纤维稳砂预处理技术和处理液（处理液由可防止储集层岩石润湿反转的表面活性剂和可以稳定细粉砂颗粒的软纤维稳砂剂组成）。基于对具有防砂效能的纤维与涂层砂形成的三维网状复合体结构与性能的研究，研制出在储集层条件下稳定并能抗温、抗酸、抗碱和抗地层水侵蚀的防砂专用特种纤维复合体，用盐湖水配制出低损害清洁压裂液，并设计了压裂端部脱砂与控制工艺，形成了纤维复合体技术、清洁压裂液技术和端部脱砂技术集成配套的纤维复合无筛管防细粉砂技术。用该技术在涩北气田12口井进行先导试验，取得了显著的防砂效果，防砂后的不出砂产气量是防砂前产气量的1．75倍以上。     

石英砂介质中甲烷水合物生成过程和相平衡的实验研究

为研究小梯度温度范围内甲烷水合物在石英砂介质中生成过程的热力学和动力学特性,开展了定容条件下273.75K、273.85K、273.95K3种恒温水浴体系的甲烷水合物生成实验。研究结果表明:(1)反应温度越低,釜内甲烷水合物生成过程中反应热释放越快,相比于273.95K的反应体系,273.75K体系的反应釜内首次温度上升值为0.9K,约为273.95K体系的6倍;(2)随反应温度的增加,水合物的生成量和转化率逐渐下降;(3)反应温度越低,甲烷水合过程的前期反应速率越大,气液界面和石英砂表面生成的水合物薄膜阻碍了甲烷气与水之间的进一步传递,使得甲烷的单位消耗速率随反应的进行呈阶梯型递减。通过石英砂介质内甲烷水合物的生成实验,以期为工业上气体水合物的合成、储存与运输提供借鉴。     

一种新型水合物防控剂的试验研究

在调研国内外天然气相关水合物抑制技术的基础上,开展了一种无毒性新型水合物防控剂的应用研究和现场试验,并取得了一定的认识和初步的成效。