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。

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。

桂中坳陷西北部下石炭统岩关组泥页岩储层特征研究:以环页1井为例

桂中坳陷西北部地区下石炭统岩关组泥页岩沉积厚度大,生烃条件好,是页岩气勘探重要的目标层之一。以环页1井为例,通过镜下观察、有机地球化学分析、矿物含量分析、物性分析和等温吸附实验,分析了岩关组泥页岩的有机地球化学特征、岩石矿物学特征、储集特征和含气性特征。结果表明,岩关组泥页岩有机质类型属于Ⅰ~Ⅱ1型,总有机碳质量分数平均为1.34%,热演化程度(Ro)较高,平均达3.03%。矿物成分以石英、方解石和黏土矿物为主,具有高石英、低黏土矿物、低碳酸盐矿物的组成特征,脆性矿物含量高,黏土矿物以伊利石为主,已进入中成岩B期。泥页岩主要发育黏土矿物层间孔、有机质孔及微裂缝,具有良好的储、渗条件。泥页岩具有低孔低渗的特征,w(TOC)、石英含量和孔隙度三者之间存在着良好的正相关性,碳酸盐矿物成分的增多导致孔隙度降低,增多的伊利石和高岭石对孔隙度有贡献作用。甲烷吸附气含量平均为1.16m3/t,泥页岩甲烷吸附量随着孔隙度的增加而增加,w(TOC)和Ro共同影响着泥页岩的吸附能力,过高的成熟度降低了泥页岩的吸附能力。

桂中坳陷环江凹陷上古生界海相页岩储层孔隙结构和分形特征研究

通过有机地化分析、全岩X衍射矿物分析、甲烷等温吸附及低压氮气吸附实验,本文对桂中坳陷环江凹陷上古生界页岩样品的孔隙结构及分形特征进行了研究.结果表明:研究区页岩总有机碳含量(TOC)平均为2.40%,热成熟度(Ro)平均为2.65%,处于过成熟演化阶段.页岩主要的矿物组成为石英和黏土.页岩的比表面积平均为5.86 m2/g,孔容平均为0.014 9 mL/g,平均孔径为11.2 nm.页岩中发育大量的中孔,主要呈两端开口的圆筒形孔或四边开放的平行板状孔.页岩中TOC含量和石英含量越多,微-中孔越发育、比表面积和孔容越大,而平均孔径则变小.通过Frenkel-Halsey-Hill (FHH)模型和氮气吸附实验数据计算得到孔隙表面分形维数D1(平均为2.428 4)和孔隙结构分形维数D2(平均为2.622 2),对应的相对压力(P/P0)分别是0~ 0.45和0.45 ~ 0.99.分形维数D1、D2随着比表面积、孔容的增加而增加,而平均孔径随着前者的增加而减小.分形维数D1、D2、TOC含量、石英含量和甲烷吸附量之间呈现较好的正相关性,但随着黏土矿物含量的增多而减小.分形维数D1与Langmuir压力存在弱负相关性,分形维数D2随Langmuir压力增大有变大的趋势.桂中坳陷西北部页岩分形维数越大,孔隙结构越复杂,其对天然气的吸附和存储能力越强.

含水合物沉积物电阻率演化规律实验研究进展

电阻率对沉积物组成和微观结构具有极高敏感性,是反映水合物生成分解过程物性演化的重要参数。然而由于影响因素复杂,人们对电阻率随CH4水合物生成分解的演化规律仍不清楚。对含CH4水合物沉积物的电阻率实验研究进展进行了梳理,分析了电阻率的主要影响因素,总结了纯水、盐水、非饱和水等不同体系中水合物生成分解过程电阻率演化规律。研究认为,在纯水沉积物中,电阻率随着水合物的生成不断增大;在盐水沉积物中,成核阶段的排盐效应以及生长阶段的重结晶或Ostwald熟化现象都会导致沉积物电阻率的降低;对非饱和水沉积物,气体和水在重力、毛细管力作用下、孔隙溶液离子在渗透和扩散作用下,都对沉积物电阻率造成影响。基于上述分析,提出了水合物生成过程模型,探讨了电学特性实验研究未来发展方向,对水合物电学研究具有一定的参考意义。

南海荔湾区域水合物水平井降压开采模拟研究

南海荔湾区域赋存有大量的天然气水合物资源,储层具有薄层和厚层水合物互层分布特征,极具开发潜力。因此,基于该区域多层水合物地质资料,利用TOUGH+HYDRATE建立了该区域水平井降压开采数值模型,井底开采压力取值为0.2倍的第三层水合物底部初始压力,主要研究了储层渗透率对水合物开采的影响规律。结果表明:降压法能够有效促进井周水合物分解,但受到地层低渗透率的制约,水合物有效分解范围主要局限于井周有限的圆形区域内,且在分解前缘面附近易形成少量的二次水合物;增大地层渗透率对水合物增产效果影响最为显著,当地层渗透率增大至20 mD时,水平井布设在最下部水合物层中间时,可以同时开采三层水合物,从而极大提高了开采效率,但同时也会导致地层流体涌入井眼,产水量急剧增大。

多分支井射孔程度和布设位置对倾斜泥质水合物储层开采产能的影响

南海天然气水合物(以下简称水合物)较多赋存于凹凸起伏的泥质地层中。针对实际倾斜水合物储层展开多分支井产能研究十分必要。以南海北部神狐海域X01站位实际地质参数和地形参数为依据,利用TOUGH+HYDRATE水合物产能预测软件和经过验证的建模新方法,建立了代表实际情况的倾斜泥质水合物储层模型,探讨了多分支井射孔程度对开采产能的影响,对比了位于储层不同构造位置(即构造低部位、倾斜部位和构造高部位)的多分支井的产能差异,确定了优势开采井型和最佳布井位置。结果表明,相比于仅水平分支射孔的多分支井,水平分支和垂直主井同时射孔的多分支井更利于水合物分解产气。但垂直主井的打开长度不宜过长,垂直主井与水平分支的打开长度比值介于0.5~1.0最利于提高气水产出比。泥质水合物储层的地层倾角影响多分支井的开采产能,将多分支井布设在储层构造低部位的水平位置更利于实现水合物长期高效开采。

黔南黄平凹陷及周缘古流体特征及其对油气保存的指示

黔东南地区地质条件非常复杂,迄今已发现众多的残余油气藏,保存条件一直是制约该地区油气勘探的关键问题。以黄平凹陷及周缘海相地层为主要研究对象,通过流体包裹体、碳氧同位素测试等手段,分析了研究区古流体活动特征,评价了研究区油气保存条件。结果表明:(1)中晚燕山期-喜山期是研究区古流体活动的主要时期,在其构造挤压、抬升的背景下,地层流体在晚侏罗世-第四纪期间持续活动,其中白垩纪及新生代末期是最活跃的2个时段;(2)在以喜山运动为主的构造活动时期,研究区各个层位都不同程度遭受大气水下渗的影响,且随着地层层位由老到新,影响逐渐增强,油气保存条件依次变差;(3)黄平凹陷及周缘古大气水下渗深度的平面展布特征与其燕山期-喜山期的大构造背景相契合,佐证了古流体活动主要发生于该时期,其大气水下渗深度为1 400~4 100m,其中余庆、黄平-凯里、凯里-麻江等地区大气水下渗深度较小,是油气保存的相对有利区域。

含水合物沉积物相对渗透率研究进展

气-水相对渗透率是天然气水合物现场试采的关键参数。如何测量和评估储层相对渗透率是提高产气效率、实现天然气水合物产业化需要解决的基础问题。从含水合物沉积物相对渗透率的实验测试、数值模拟和模型建立3个方面,总结了含水合物沉积物相对渗透率的研究进展,研究发现,现有含水合物沉积物实验测试大多采用非稳态法,相对渗透率曲线图显示:在同一含水饱和度下,水合物饱和度越大,水的相对渗透率越小,气的相对渗透率变化规律较为复杂;水合物饱和度的变化改变了沉积物的孔隙空间结构,进而影响气-水相对渗透率。数值模拟大多利用孔隙网络模型或持水曲线进行相对渗透率计算,探索水合物生长习性、孔隙赋存特征,并揭示颗粒尺寸、水合物饱和度、润湿性、表面张力等不同因素对气-水相对渗透率的影响差异。梳理多种相对渗透率模型,发现新近提出的考虑毛细作用和孔径分布的含水合物介质相对渗透率模型在模拟含水合物沉积物中的多相流以及解释水合物饱和度的变化方面具有优势。建议下一步克服该模型计算成本较高的缺陷,实现含水合物沉积物多相流物理精确建模。

基于岩石物理模拟与声学实验识别孔隙-裂隙充填型水合物

孔隙充填和裂隙充填是自然界中水合物赋存的两种基本形态,其类型判别对储量评价、钻井安全以及环境评估均具有重要影响。本文模拟南海孔隙充填和裂隙充填两种类型水合物储层,利用岩石物理模型和声学模拟实验获取声波速度和密度,对两种类型的识别方法进行了探索。结果显示,孔隙充填和裂隙充填型水合物沉积体系的纵波速度都随水合物体积分数的增大而增大,密度都随水合物体积分数增大而减小。将速度与密度参数结合计算两种类型水合物阻抗和ρ√Vp属性表明:对于含孔隙充填型水合物沉积体系的ρ√Vp属性,岩石物理模拟的计算结果与实验结果斜率均为正;而对于含裂隙充填型水合物沉积物的ρ√Vp属性,其斜率均为负。但当水合物体积分数小于40%时,含裂隙充填型水合物沉积物的理论计算结果与实验值存在偏差,因此,在计算低体积分数水合物的ρ√Vp属性时,需要对模型进行适当修正。本文利用ρ√Vp属性对GMGS2航次16井赋存的孔隙充填和裂隙充填型水合物进行了验证,结果表明井中上部分赋存的水合物以裂隙充填型为主,底部以孔隙充填型为主,验证结果与实际钻探结果一致,表明该方法用于识别水合物类型是可行的。

深水重力流模拟研究进展及对海洋油气开发的启示

物理和数值模拟是深水重力流沉积过程研究的有效手段.利用实验室中不同类型水槽(水池)可模拟不同条件下的重力流沉积过程、海底地貌与重力流之间的相互作用过程,并据此展开相应的数值模拟分析,从而实现深水重力流沉积过程的定量分析.基于我国南海北部深水油气勘探开发目前所取得的地质认识,展开关于白云凹陷珠江组重力流流体转换过程和浅层富含生物碎屑的重力流沉积过程模拟、琼东南中央峡谷内浊积水道沉积过程模拟,有助于揭示深水区砂体的展布规律以及储层构型特征,指导南海北部下一步的油气勘探开发.