南海天然气水合物试采储层热流耦合与温度场调控研究进展

中国南海天然气水合物储层类型以泥质粉砂为主,与其他国家和地区的砂质储层相比开采难度大。本文针对南海北部泥质粉砂天然气水合物降压开采涉及的相变习性演化、有效渗透率变化、热流耦合模式、试采系统温度场调控与矿场尺度增温防冰等关键问题,综述了笔者团队近年来取得的最新研究成果。研究表明,泥质粉砂型水合物相变始终处于动态平衡状态,储层因富含黏土水合物相变滞后效应明显;试采井壁处节流膨胀效应强烈,“温度漏斗”斜率最大,一旦形成“水锁”与生成二次水合物,气相渗流能力将明显降低;在无外部热源补给情况下,较高的产气速率,易造成水合物分解速率减缓直至停止分解,中国南海泥质粉砂水合物分解主要受传热控制模式影响,亟需建立有效的“储层-井筒”试采系统多元温压调控与安全流动机制,提高产气效率;依托自然资源部青海木里天然气水合物与冻土环境野外科学观测研究站,利用原位补热降压充填的水合物开采方法,成功完成矿场尺度水合物试采系统温度场改造试验,进一步优化提高了储层渗流能力,实现了增渗扩产目的。

羌塘盆地天然气水合物冻土层的地震反射正演模拟分析

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。我国多年冻土区天然气水合物的形成主要受气源、地下水、温度和压力4个基本条件制约,温压条件直接受多年冻土的热状态、厚度以及冻土层下地温梯度的控制和影响。由于冻土层是羌塘盆地天然气水合物形成的必要条件.

南海海域天然气水合物降压开采储层蠕变对气井产能影响

南海海域天然气水合物储层岩性以弱固结泥质粉砂为主,此类储层在降压开采过程中会发生蠕变效应。针对泥质粉砂型海域天然气水合物降压开采过程中蠕变效应对储层物性、温度场、压力场、水合物饱和度场和气井产能影响不明的问题,结合室内岩心驱替实验数据,运用数值模拟方法,开展了考虑南海海域天然气水合物蠕变特征的直井降压法开采数值模拟研究。研究结果表明:直井降压法开采南海海域天然气水合物,蠕变效应降低了储层有效孔隙度和有效渗透率;压力降落主要发生在近井区域,井周温度降低幅度最大,且储层蠕变导致储层压力漏斗变得更加陡峭;水合物分解主要发生在近井区、水合物层A顶部和水合物层B底部区域。同时,蠕变效应导致水合物横向分解半径降低了66.7%;储层蠕变降低了气井产能,气井5 a累产降低了87%。当生产压差大于4 MPa时,储层蠕变效应占主导作用,气井累产增幅随压差的增大逐渐减小,因此长期开发南海海域蠕变储层水合物气井应控制在临界生产压差以下生产。研究为南海海域天然气水合物的高效开发提供了可靠的理论依据。

稠油油藏水平井极限井距的确定方法

针对稠油具有启动压力梯度的渗流特点,利用等值渗流阻力法给出了较简洁的水平井产能公式。利用该产能公式可以确定水平井的极限技术井距,为具有Bingham流体流变性的稠油油藏部署开发井网提供了参考。

页岩气藏开发中水力压裂水平井敏感参数分析

为了进一步明确页岩气藏渗流机理,提高产能评价的准确有效性,利用Eclipse油藏数值模拟平台,考虑有限导流和兰格缪尔等温吸附条件,建立了压裂水平井开采页岩气藏的模型,对比了不同裂缝参数对单井产能的影响。在此基础上,讨论了水力裂缝长度、间距、高度、导流能力和微裂缝渗透率、微裂缝-基质sigma系数及非达西因子等各敏感参数对页岩气累计产量和近井地带压力分布特征的影响。研究表明,微裂缝渗透率和水力裂缝半长是压裂水平井开采页岩气藏提高单井产量的关键影响因素。

页岩气体积压裂水平井产能影响因素研究

针对页岩气开发中体积压裂水平井的产能影响因素问题,利用数值模拟技术,在考虑页岩气等温吸附和解吸条件下,建立有限导流页岩气体积压裂水平井开采模型。通过研究天然微裂缝渗透率、基质—微裂缝sigma系数、储层改造体积、人工裂缝导流能力、诱导裂缝导流能力、诱导裂缝密度以及非达西因子等因素对产量的影响,得到人工裂缝导流能力、天然微裂缝渗透率和改造体积大小对累计产气量的贡献率分别为28.66%、22.50%、22.35%,是影响单井产能的最主要的3大因素。气井产能优化设计对页岩气储层改造具有一定指导意义。

双台阶水平井产能的确定方法

双台阶水平井对于合层开采具有广泛的应用前景,是一种降低生产成本和有效提高采收率的重要技术手段。通过建立的双台阶水平井简单物理模型,在分析造斜段层流对整个双台阶水平井产能影响的条件下,结合等值渗流阻力法,给出了不同条件下双台阶水平井的产能公式。通过分析影响双台阶水平井产量的造斜角及造斜段长度等因素,给出了判断水平井是否发生倒灌回流现象的临界造斜角和临界造斜段长度,以及水平井发生倒灌回流现象后地面井口处是否有产量的极限造斜角和极限造斜段长度,为现场部署双台阶水平井提供了理论依据。

旋启式止回阀关闭过程瞬态流固耦合特性研究

某核电厂重要厂用水系统止回阀的内部流动特性不明,缺少相应的应力应变分析,同时也较难对其进行试验研究。为此,采用动网格方法,建立了流固耦合计算模型,并进行了仿真计算,对核电厂重要厂用水系统旋启式止回阀关闭过程的流固耦合特性进行了研究。首先,针对某核电厂止回阀原型,建立了阀门及水体模型,并进行了网格无关性验证,确定了其最终的计算模型;然后,使用profile编写了阀板运动控制规则,设置了动网格模型,利用ANSYS单向流固耦合方法,设置了其交界面与约束条件,对止回阀瞬态关闭过程进行了仿真计算;最后,对关阀过程中不同开度的流场速度压力分布和结构场应力变形变化进行了分析。研究结果表明:在止回阀的关闭过程中,阀内流场最大速度在关闭初期为17.87 m/s,并逐步降低至0 m/s;止回阀的最大等效应力和最大变形量分别出现在转轴与阀体连接处以及阀板的最下部,分别为1.5474×108 Pa和4.74 mm,并随开度减小而增大。依据计算结果得到了该止回阀关闭工况的流场变化与阀门应力、变形响应特性,提高了设备运行的可靠性,可以为设备的优化设计提供参考。

电火花线切割加工中电极丝空间温度分布建模

在电火花线切割加工中,由于剧烈的放电过程,放电通道内的电极丝温度会迅速升高,且非常不均衡。电极丝温度不均衡将增加电极丝内部的热应力,改变其物理化学性能,空间温度分布会直接影响电极丝的断丝和运动特性等。从机理出发,根据傅里叶热传导定律,对放电通道内的电极丝进行微元(dz)热平衡分析,建立导轮间电极丝的空间温度分布的微分模型,并求出放电通道内和放电通道外电极丝温度升高的理论解。进一步结合实际加工情况,计算出电极丝温度升高的数值,最后总结了走丝速度、放电电流和放电频率对电极丝空间温度升高的影响规律,为以后研究由温度升高引起的电极丝断丝机理和运动特性(挠曲变形和振动)提供理论基础。

平面各向异性油藏变形五点井网研究

采用规则井网对平面各向异性油藏布井时,易造成注入水沿高渗透率条带突进,使生产井过早见水,难以实现面积井网均匀驱替效果。为解决该问题,利用流管法构建平面各向同性油藏五点井网产能公式,通过物质平衡方程展开得到井网的见水时间,在满足均匀驱替的基础上,得到无量纲注采井距与各向异性系数的关系,为平面各向异性条件下合理构建五点井网形状提供了理论依据。

线切割加工连续脉冲放电电极丝三维振动分析

在线切割加工过程中,由于放电通道内电极丝受到张紧力、放电合力、流体阻尼等作用,电极丝必然会产生挠曲变形和振动现象,严重影响线切割加工的效率、精度和稳定性,主要体现在工件加工精度、表面粗糙和切口宽度。从分析放电通道内的电极丝受力情况出发,将放电合力进行傅里叶变换,结合弦振动非线性偏微分方程,建立三维多脉冲放电的电极丝振动模型,运用COMSOL仿真软件,求解电极丝振动振幅数值解。在此基础上,分析各个因素对电极丝振动的影响规律,已获得减少电极丝振动振幅的实践加工方法,为实际加工过程提供理论指导依据。

往复走丝线切割电极丝恒张力控制系统研究

在往复走丝线切割加工过程中,电极丝传输容易发生单边松丝、张紧力控制困难和往复运转张紧力波动大等现象,严重影响电火花线切割加工的效率、精度和稳定性。针对此现状,提出了一种新的走丝方式,采用自适应控制算法,开发一套闭环往复走丝线切割电极丝恒张紧力控制系统。实际加工数据表明:该系统对电极丝张紧力的控制效果显著,其幅值波动小于±0.4 N,明显减少电极丝运转时产生的挠曲变形和振动现象,与此同时也很大程度提高线切割机床的加工性能。

水平井节能增效研究

水平井是一种先进的二次采油技术,中国陆上利用水平井开发高渗透、高含水及低渗透率储层效果明显,具有广阔的应用前景。伴随着中石油、中石化各油田年钻水平井数的不断增加,水平井节能增效问题显得尤为明显。本文从水平井的技术优势、分段射孔当量井径模型及低渗透储层产能方程3个不同的角度,进行了水平井与普通直井相比节约土地资源、节省钻采器材费用和节省用电量3个方面来提高经济效益的研究。本文的研究结果为水平井在油田实际应用中节能增效提供了理论依据。

地区电网电压无功在线闭环控制系统的研究

应用分层分布原理设计地区电网电压无功在线闭环控制系统 ,全局协调层对正常和紧急运行方式下的电压无功进行全局优化 ,分布控制层既能执行上一层指令 ,又能独立进行当地无功控制。系统结构和功能分配符合地区级电网电压无功控制的实际需求 。

基于遥感技术进行震害评估的研究进展

随着高分辨率卫星影像成为一种便捷的信息源,遥感技术在震害快速评估中发挥着越来越重要的作用。首先分析了可用于震害评估的遥感数据源,然后总结了近年来国内外利用遥感影像进行震害评估的方法,将其归纳为基于震后影像的方法和基于变化检测的方法,介绍了遥感技术应用在地震灾害评估中的方法,并展望了遥感技术发展趋势。

漠河盆地天然气水合物资源潜力浅析

伴随着世界能源格局的不断变迁,作为一种接替石油、煤炭等资源的非常规能源,天然气水合物的潜在资源量巨大,与之相关的勘探及开发越来越受到各个国家能源机构和研究学者的追捧与青眯。地球上大约有27%的陆地是形成天然气水合物的潜在地区,截至目前,经过钻探证实的陆域冻土区存在天然气水合物矿藏的地区已多达十几处,分别集中在俄罗斯麦索亚哈气田、加拿大麦肯齐三角洲、美国阿拉斯加北坡以及中国青藏高原木里盆地等地区。据潜在气体联合会(PGC,1981)估计。

压缩加载条件下含水合物沉积物蠕变特性分析

水合物开采可能诱发海底滑坡或其他工程地质灾害。实现水合物商业化开采需要中长期稳定产气,长期荷载下储层的蠕变特性是地层稳定性评价的基础力学参数。利用南海水合物储层粉黏土为试验介质在压缩加载条件下的系列固结排水蠕变测量试验结果,对粉黏土的蠕变特性进行了分析。结果表明,加载过程中,含水合物沉积物经历瞬时变形、固结变形和蠕变变形3个阶段;随着加载应力和水合物饱和度的提高,蠕变应变不断增加;修正的Singh-Mitchell蠕变模型可以较好预测不同应力水平和水合物饱和度下粉黏土的蠕变特性。

地区电网电压无功在线闭环控制系统的分析

介绍了应用分层分布原理设计的地区电网电压无功在线闭环控制系统:全局协调层对正常和紧急运行方式下的电压无功进行全局优化,分布控制层既能执行上一层指令,又能独立进行当地无功控制,其系统结构和功能分配符合地区级电网电压无功控制的实际需求,采用带松弛约束条件的工程算法可保证优化求解的可靠性。

水合物分解诱导效应与有效应力效应耦合作用下的海域泥质粉砂型储层渗透率变化预测

天然气水合物的开发利用对于缓解我国能源安全危机、优化能源结构、助力“碳达峰碳中和”目标的实现具有重要意义。我国南海神狐海域水合物资源量巨大,但该区水合物储层为典型的泥质粉砂型细粒沉积,具有储层原始渗透率低、渗透率受扰动变化大的特点,给该类储层水合物开发带来诸多挑战。为了解决泥质粉砂型水合物储层降压开采过程中渗透率变化预测难题,在分析总结南海神狐海域水合物储层样品颗粒、孔隙结构及孔隙流动性等微观特征的基础上,制作了模拟储层条件的人造岩心样品,开展了岩心尺度的水合物分解诱导渗透率动态变化模拟实验,揭示了水合物分解(正)效应和有效应力增高(负)效应对水合物储层气体渗透率变化的影响机理,推导了同时考虑两种效应耦合的渗透率预测模型。研究结果表明,推导的考虑两种效应耦合的渗透率模型比常规仅考虑水合物分解效应的模型更加可靠,且对于泥质粉砂细粒水合物储层具有较好的适用性。将该模型应用于南海神狐海域水合物储层,提出了水合物降压开采过程中的“三段、两压”控制理论:①水合物储层降压开采全生命周期中储层气体表观渗透率呈“降低升高降低”变化过程,“反弹”点发生在“分解压力”附近;②当储层压力高于“分解压力”时,储层渗透率变化主要受有效应力影响,当储层压力低于“分解压力”之后,分解效应的影响大于有效应力效应;③根据“分解压力”和“衰竭压力”两个关键压力点,提出了针对3个阶段不同的水合物降压排采措施。研究成果有望为下步南海神狐海域水合物开采降压策略的制定提供一定的理论依据与方法借鉴。

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月-2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。