泥质粉砂型天然气水合物藏多相渗流机理及产能预测

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南海天然气水合物开发试采结果表明,神狐海域水合物资源丰富,具有工业性开发远景。目标区域水合物藏多为泥质粉砂型沉积,沉积物粒径小,泥质含量高,水合物开采过程中,储层泥砂易运移,有可能对生产井产能造成很大影响。因而需要深入研究泥质粉砂型水合物藏气-液-固(气、水、泥、砂、水合物)多元流动机制及其对水合物层采气的影响,为优化泥砂控制技术及提高水合物藏产能提供依据。本文运用流体力学、渗流力学、油气藏工程及油藏模拟等方法,结合泥质粉砂型水合物藏地质特性及南海神狐海域水合物试采结果,基于水合物降压分解动力学模型,建立了泥质粉砂型水合物藏开采过程中的气-液-固多元流动模型,考虑了防砂措施、泥砂运移过程、储层孔渗变化规律及多组分多相渗流和热动力学模型,分析多元流动机制及其对井产能的影响,研究提高水合物藏产能的方法,为适度控砂、采用直井、水平井和多井井网开采技术提供理论支撑。研究结果表明,水合物分解及产气流动过程中,地层内的泥砂运移对泥质粉砂型水合物藏井的产能影响很大,不适宜的防砂设计会导致近井严重的泥质堵塞,不利于释放该型水合物藏产能。对有效井段长度70 m单井直井来说,采用6μm的防砂精度设计,开采5年,累计产气量仅为8.17×10~6 sm~3,优化防砂设计后累计产气量可增至23×10~6sm~3。泥质粉砂型水合物藏适度出砂效果受近井地带孔渗改善状况控制,采用可控的井底分段降压方式生产,是提高产量、建立适度出砂调控机制的关键措施。针对泥质堵塞严重的6μm防砂精度设计,改用分段降压方式可提高产能约3.2倍,出砂量减少约54%。单口垂直井开采泥质粉砂型水合物藏主要面临产能不足的问题,因此对于低渗泥质粉砂型水合物的商业开采,需要采用其他开采方式提高井的产能或单井产量,包括水平井、多井联合注热等强化方法。数值模拟结果表明,采用有效井段长度200 m的水平井开采,较单一垂直井(有效井段70 m),水平井的产能约为直井2.21倍。此外,采用直井井网(如4注1采的5点井网)进行注热-降压联合生产,也能有效提高水合物藏的产能,但其经济性有待进一步评估。
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