降压法开采天然气水合物研究进展

天然气水合物作为一种新型的可替代能源,储量巨大,分布广泛。文章介绍了天然气水合物的储集方式及开采方法,分析了降压开采的优点,介绍了降压开采模拟的研究进展,并指出了降压开采天然气水合物进一步的研究方向。     

降压法开采天然气水合物藏物理模拟相似准则分析

考虑降压法开采天然气水合物藏中所涉及到的水合物分解动力学过程、多相渗流过程、相变及传热等几个重要因素,推导出了三维降压法开采水合物藏物理模拟实验应满足的相似准则,并对各个相似参数的物理意义进行了分析。     

天然气水合物降压开采实验研究

为了研究天然气水合物（NGH）降压开采基本规律,应用研制的NGH合成与开采实验系统,研究NGH降压开采的相平衡和基本生产规律.用图形法测定了4个NGH相平衡点,与已有文献数据吻合很好,说明了该实验装置和方法的可靠性.对于高孔高渗的多孔介质,相平衡数据与反应釜水溶液中相平衡数据一致,在进行NGH开采相平衡研究时,可以借用现有反应釜水溶液中NGH的数据和模型.在实验模型条件下,降压开采是比较好的NGH开采方法,产气速率较高且主要受压降速率控制.储集层压力控制和NGH自保护效应是实际NGH矿藏降压开采需要解决的关键问题.具有下伏游离气或同层伴生气的NGH矿藏,为克服以上两点不利提供了可能.另外,还可以考虑注热水、注化学剂等其他辅助强化开采措施.图5表2参15     

海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验

天然气水合物是继页岩气、致密气、煤层气等之后潜力巨大的接替能源,国内外天然气水合物开采技术研究和试采工程以降压法为主,均借鉴常规油气开采工艺,由于试采时间短,回避了长期开采存在的环境安全、装备安全、生产安全以及工程地质等风险。为此,由西南石油大学、中国海洋石油集团有限公司、四川宏华石油设备有限公司等单位组成的联合项目组历经多年协同攻关,提出了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采原理,发明了基于该原理的模拟实验方法和技术,研制和开发了具有完全自主知识产权的全球首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统。基于上述实验系统,开展了与海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关的天然气水合物样品快速制备、高效破碎及管道输送等物理模拟实验,验证了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采相关理论模型的准确性,揭示了海洋非成岩天然气水合物固态流化开采过程中关键参数的变化规律。该项研究成果为全球首次海洋天然气水合物固态流化试采的成功开展奠定了重要的基础。     

天然气水合物气藏特征及钻采工艺技术探讨

天然气水合物气藏是一种冷冻地质条件下的特殊气藏.本文在专业技术信息分析的基础上,就天然气水合物气藏特征和钻采工艺技术特点进行了全面的综述,进而重点对钻采工艺技术的新思路进行初步的探讨,有助于在石油行业内引起更广泛的学术交流,促进国内天然气水合物气藏的钻采工艺技术研究向工业开采矿场试验方向推进.     

世界首个海洋天然气水合物固态流化开采大型物理模拟实验系统

天然气水合物(以下简称水合物)分别蕴藏于海洋和陆地永冻土带中,但前者的储量约为后者的100倍。海洋环境中的大部分脉状、块状水合物以及细粒沉积物中的水合物都属于非成岩天然气水合物,一般没有像常规油气藏和砂岩水合物储层那样稳定的圈闭构造。针对海洋非成岩水合物的物理特征、成藏特点,依据水合物固态流化开采法的工艺流程,建立了世界首个海洋天然气水合物固态流化开采实验室。该实验室定位于全自动化的白领型实验室,实验系统共分为大样品快速制备及破碎、高效管输、高效分离、快速检测等模块单元。该实验室的主体功能包括:(1)高效破岩能力评级;(2)海洋天然气水合物层流化试采携岩能力评价;(3)水合物非平衡分解规律及流态动变规律评价;(4)不同机械开采速率条件下水合物安全输送;(5)井控安全规律模拟。该实验室的关键技术指标:工作压力12 MPa、水平管长度65 m、立管长度30 m、管径3英寸。该实验室能模拟1 200 m水深的全过程水合物固态流化开采工艺过程,是西南石油大学联合中国海洋石油总公司、宏华集团原始创新自主设计、自主研发的标志性实验室。     

天然气水合物试验性开采

<正>天然气水合物(可燃冰)是地球上一种尚未商业化开发的新能源,资源量十分丰富,据估算全球资源总量约为2 100兆m3,相当于全球已探明传统石化能源总量的2倍左右,主要分布在美国阿拉斯加北坡、加拿大北极、墨西哥湾北部、日本南海海槽和中国南海等区域。2012年美国、日本等合作在阿拉斯加北坡及2013年3月日本在其近海海域开展的天然气水合物开采试验均取得成功,意味着天然     

电阻率在天然气水合物三维生成及开采过程中的变化特性模拟实验

为获取更多的清洁高效能源,全球范围内都正在开展与天然气水合物（以下简称水合物）开采相关的研究,其中电阻率作为表征水合物变化的一个重要参数也被纳入了重点研究范畴,但其在水合物三维生成及开采过程中的变化特性尚未见报道。为了得到三维系统下水合物的电阻率变化数据,利用三维水合物反应釜,实验室模拟研究了水合物在多孔介质中生成及利用双水平井注热开采实验过程中电阻率的变化特性。结果发现：①电阻率总体上随着水合物的生成而升高,随着其分解而下降;②电阻率与水合物饱和度并不呈完全的线性关系,当水合物饱和度升高到一定程度时,电阻率变化减缓;③在水合物生成过程中发现水合物生成存在“爬壁效应”--水合物在多孔介质中的生成并不同步,水合物在边界区域明显多于中心区域;④在水合物开采过程中发现电阻率不仅随水合物分解的变化而变化,而且还与开采过程中的流体流动有着较大关系,所以利用电阻率作为水合物开采的特征指标时需要先排除流体流动的干扰。     

天然气水合物开采三维实验模拟技术研究

调研了国内外天然气水合物开采技术研究进展,基于无量纲相似分析方法研制了三维可视天然气水合物开采模拟实验系统。以甲烷、水和石英砂为实验介质,开展了降压、注热、注剂等天然气水合物开采方法三维实验模拟分析。根据室内模拟实验和数值模拟分析结果,提出了海上天然气水合物试采的技术思路,以期为天然气水合物试采及深水工程的研究提供借鉴。     

径向井降压开采天然气水合物实验研究

天然气水合物是一种清洁高效的潜在替代能源,开采效率低下严重制约着该资源的商业化利用。径向井技术是一种新提出的用于提高天然气水合物产能的手段。本文针对富气相环境下和富水相环境下的含水合物沉积物分别开展了直井和径向井降压开采实验研究,评估了径向井技术开采天然气水合物的有效性。研究结果表明：降压开采富气水合物试样时,由于实验尺度较小且试样渗透率相对较高,采用直井和径向井降压开采时压力传播规律相似,产气行为几乎相同。降压开采富水水合物试样时：降压开采结束时径向井累计产气量和累计产水量同直井相比分别提高20.16%和38.98%;径向井作为高导流能力通道可以增大水合物沉积物中的泄流面积,促进压降向反应釜内部传播,提高水合物分解速率;此外,径向井开采时反应釜内温降幅度更大,这为水合物分解提供了更多显热,进一步提高了水合物开采效率。     

海洋天然气水合物地层钻井液优化实验研究

海洋天然气水合物（以下简称水合物）地层钻井过程中，钻井液侵入地层有可能造成水合物分解，进而引发井壁失稳等问题。为了破解上述难题，实验研究了甲烷水合物在不同分解方式下的分解规律，引入Peng-Robinson方程计算实验过程中甲烷气体摩尔数的变化，优化了钻井液抑制水合物分解评价实验方法，并利用该方法实验分析了动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂对水合物分解特性的影响规律，进一步优化出适用于水合物地层使用的水基钻井液。研究结果表明：①注冷溶液不卸压的方式是钻井液抑制水合物分解最佳的评价实验方法；②水合物动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂均可通过吸附在水合物表面阻缓传热传质来延缓水合物分解，可作为钻井液水合物分解抑制剂；③优化出的钻井液体系具有良好的低温流变性和抑制水合物生成及分解性能，同时具有良好的页岩抑制性和润滑性等，可以满足海洋水合物地层钻井液技术的基本要求。结论认为，该研究成果可以为我国水合物开发提供钻井液技术支撑。     

基于机器学习方法的海洋天然气水合物水平井降压开采模拟—优化耦合模型

由天然气水合物（以下简称水合物）开采引起的含水合物沉积层力学变形问题不能被忽视，因其直接威胁到海域水合物的安全开采。为了找到甲烷累计产气量最优值与地层稳定性的关系，基于机器学习方法形成模拟—优化耦合技术，构建起水合物降压开采传热—流动—力学数值模拟模型、可以替代数值模拟模型的机器学习模型和以甲烷累计产气量最优为目标的混合整数非线性规划优化模型；在此基础上，选取南海北部神狐海域厚层Ⅱ类水合物藏W11站位为研究对象，获得了海底面沉降量约束下的水合物储层甲烷累计产气量及相对应的最优开采方案参数。研究结果表明：①模拟—优化耦合技术的关键是机器学习方法的运用，基于径向基函数人工神经网络方法而建立的替代模型计算精度较高，可以替代模拟模型来确定输入输出变量的关系，从而摆脱既定方案的限制，找到全局最优解；②模拟—优化耦合技术可以解决受含水合物沉积层力学响应特征影响的水合物开采方案优选问题，根据试采工程安全要求改变海底面沉降量最大允许值，可以计算得到相应的甲烷累计产气量，以及降压幅度、开采时间、井位布置、水平井段长度等最优开采方案参数；③随着最大允许沉降量增大，甲烷累计产气量增大，二者满足正相关关系；④海底面沉降量随着开采时间增长而增大，也随降压幅度增大而增大；⑤水合物开采引起海底面沉降主要发生在开采初期，为了获得较高甲烷累计产气量及较小海底面沉降量最大允许值，在开采初期必须减小降压幅度。结论认为，所形成的模拟—优化耦合技术适用性强，可以为水合物安全、高效规模化开采方案的制订提供支撑。     

不同井型下的天然气水合物降压开采产气产水规律

目前的研究成果表明，降压法及其改良方案可能是实现海域天然气水合物（以下简称水合物）高效开采的最佳途径，但现有降压条件下的产气能力距离水合物商业开发需求仍存在着不小的差距，因而提高水合物藏分解效率、提升储层气液运移产出能力，进而形成安全高效的水合物开采新方法，是水合物开发过程中急需解决的瓶颈问题。为此，利用自制的水合物复杂结构井模拟实验装置，分别开展了垂直井、水平二分支井（夹角90°）开采水合物的实验室模拟实验，据此分析不同开采条件下各井型的产气、产水规律。研究结果表明：①垂直井与分支井开采中，降压幅度是控制前期产气速率的主要因素，而后期环境温度对水合物分解量的影响则逐渐加强；②井型对水合物开采产能具有明显的控制作用——垂直井开采降压幅度越大，产气情况越好，但实验尺度下累计产水量则相差不大，水平二分支井（夹角90°）开采过程中，产气速率比射孔面积相同的垂直井更高，波动较小，但初始阶段产水明显；③降压—热激联合作用更有利于水合物的分解和稳定产气，在其联合作用下，水平二分支井（夹角90°）比垂直井更有利于水合物的长期稳产。     

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。     

天然气水合物二次生成及渗透率变化对降压开采的影响

在 考虑天然气水合物二次生成及渗透率变化的基础上,建立了实验室尺度下的天然气水合物降压开采数学模型。利用该数学模型,对天然气水合物降压开采过程中的水合物二次生成进行了模拟,并分析评价了水合物二次生成及渗透率变化对水合物分解产气的影响。模拟结果表明:水合物二次生成主要局限于降压产气出口附近,二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化;同时,水合物二次生成会导致产气速率大幅降低、产气持续时间延长和系统压力急剧增加,但累积产气量不受其影响。研究发现,不同于纯降压产气过程,在水合物二次生成的情形下,产气受出口压力的影响较大,而初始温度对产气的影 响较小。     

深水钻井液体系中气体水合物的形成研究

近年来海洋石油勘探逐步向深水区域发展,由于水深问题带来的各种复杂情况给钻、完井带来了更为严峻的挑战。目前国内深水钻井液领域的研究尚属起步阶段,实验手段缺乏。结合相关的模拟实验对海洋所使用的钻井液体系气体水合物的生成情况进行了详细地研究,得出了抑制水合物形成的方法,即通过现场调节钻井液的密度来控制井筒中的压力;改变钻井液体系的冰点,使其自身的冰点尽可能低,这样就可以有效地避免深海钻进过程中气体水合物的生成。通过室内实验及分析,对海洋深水钻井液的发展提供一些借鉴。     

砂土沉积物中甲烷水合物降压分解渗流阵面实验

地层渗流特性是天然气水合物（以下简称水合物）开采评价的重要内容之一,但是目前与水合物地层渗流特性密切相关的孔隙压力演化数据积累明显不足。为此,进行了砂土沉积物中甲烷水合物降压分解实验。首先进行了实验设计,并标定检验了实验系统测量仪器（压力传感器、温度探头和气体流量计）;按照设计的实验步骤,进行了3次降压分解实验,根据实验获得的孔隙压力等重要数据,分析了孔隙压力演化和渗流阵面传播的规律以及影响因素,探讨了孔隙压力演化曲线出现波动段和平稳段的原因。基于实验的基本条件,得到如下结论：①砂土沉积物中渗流阵面传播距离与时间的平方根成近似线性关系,绝对渗透率相近时,初始水合物饱和度越高,渗流阵面传播速度越慢;②甲烷水合物分解导致砂土沉积物的孔隙压力演化曲线存在明显的波动段和平稳段,波动可能是由于样品渗流通道堵塞、贯通交替进行或者气液饱和度交替增大所引起的,平稳段应该是砂土沉积物中等效轴向渗流通道内甲烷水合物分解产气与气体渗流达到动态平衡的间接反映。     

动力学抑制剂作用下天然气水合物生成过程的实验分析

通过实验分析动力学抑制剂作用下天然气水合物的生成动力学过程,可为动力学抑制剂的作用机理研究及新型抑制剂的研制提供可靠依据。为此,利用自行研制的水合物抑制性评价装置,模拟了3 000m深水钻井的井下动态环境(2℃,30MPa),对常用类型的动力学抑制剂进行了天然气水合物抑制性能评价实验,结合实验过程中压力—温度曲线以及温度、压力随时间的变化曲线,建立了钻井动态环境中天然气水合物生成动力学研究的分析方法,分析了深水钻井中动力学抑制剂作用下天然气水合物生成的动力学过程。结果表明,通过该方法可将天然气水合物的生成过程划分为水合物成核、水合物生长和水合物大量生成3个阶段,几种常用天然气水合物动力学抑制剂对水合物成核期的影响并不明显,但可有效抑制水合物的生长;以内酰胺基为关键作用基团的水合物动力学抑制剂主要通过吸附在水合物表面延缓水合物生长来发挥抑制作用,而其中共聚物类天然气水合物动力学抑制剂的抑制效果优于均聚物类天然气水合物动力学抑制剂。     

油气田生产井全过程钻井监测系统

随着钻井生产由粗放钻井向精细钻井的发展和油气开发的决策需要,必须配备生产井全过程钻井监测系统,以便对生产井的钻井过程进行全过程监测和对录井信息进行评价.针对生产井钻井过程的特点,设计研制了小型化、配置灵活、功能开放,成本较低的油气田生产井全过程钻井监测系统.现场应用表明,研制开发的软、硬件系统不仅能够为精细钻井和录井信息评价提供准确齐全的钻井参数,同时设计开发的录井专家系统还能够实时准确地对钻井过程进行状态判断,实现了实时指导钻井的目的.