增强型地热系统井筒-储层耦合数值模拟分析

干热岩是指地下3~10 km处低渗透性的高温岩体。增强型地热系统（EGS）是利用水力压裂等作业措施形成人工热储层,通过注入载热流体以经济地开采出干热岩中热能的人工地热开采系统。目前,关于干热岩储层开采潜力是否满足商业开采目标,以及如何提高EGS开采潜力是EGS研究的重点。文章首先对EGS的发展及技术可行性进行了概述,然后以松辽盆地为研究场地,以水为载热工质,采用井筒-储层耦合数值模拟程序T2WELL对储层开采潜力进行了定量研究,并通过不确定因素和参数分析探讨了优化EGS开采潜力的可行方案。不确定因素和参数分析表明,储层初始温度、裂隙间隔、布井方式是影响储层开采潜力的关键因素,渗透率对储层开采潜力影响较小。

水平气井非均匀产剖储层-井筒压降耦合模型

为了准确得到非均质储层水平气井井筒内压力分布情况,结合水平井筒变质量流的压降公式、裂缝渗流的产能公式和产剖测试分析。建立了水平气井非均匀产剖储层-井筒压降耦合模型,通过微元法将非均质储层转化为均质储层求解模型。该模型将井筒水平段压降分为环空回流段和套管变质量流段两部分压降进行计算,同时考虑了摩擦压降、加速度压降和重力压降的影响。结果表明:油管鞋为井筒水平段压力最低点,从油管鞋位置向水平段两端压力逐渐增加。随着油管下深和产气产水量的增加,水平段油管内压力逐渐增加,环空及无油管段压力也随之增加,即生产所需的最低压力逐渐升高。利用F页岩气田气井真实数据进行实例计算验证了模型的正确性,可以用于指导现场实际开发。

水合物储层水平井钻井井筒-储层耦合模型与井壁稳定性分析

在深水浅层水合物沉积层中钻探水平井是一项具有挑战性的工作。由于天然气水合物的相平衡特性,钻井液侵入引起的温度和压力扰动容易造成井周水合物分解,增加井壁失稳风险。通过考虑泥饼孔渗的动态变化、水合物相变、储层力学性质的动态变化以及井筒多相管流与储层多相渗流的热质传递耦合,提出了水合物储层钻井井筒-储层耦合模型。通过与实验数据对比表明,该模型能够有效表征水合物储层钻井液侵入引起的井周温度和压力等参数的变化。基于中国南海神狐海域SH2井位钻探数据,分析了水合物储层长水平剖面的钻井液侵入特征及井壁失稳风险。研究结果表明,随水平段长度延长,井筒环空温度和压力增大,钻井液侵入深度和井壁失稳风险增加。水平井井位部署在储层水合物饱和度高的区域有利于缓解钻井液侵入程度,并降低井壁失稳风险。进一步模拟了有无泥饼、不同钻井液入口温度和盐度对水平井趾端井壁稳定性的影响。泥饼在减小水合物饱和度低的区域钻井液侵入深度和井周屈服半径方面效果更明显。钻井液盐度的变化主要影响井周屈服情况,水合物地层钻井过程中为减小井周屈服区域和屈服程度,应采用较低盐度钻井液。在计算条件下,钻井液盐度小于4.2%比较有利于井壁稳定。在相同计算条件下,井位①和井位②趾端发生屈服的临界钻井液入口温度分别为22.39℃和22.24℃,水合物地层钻井过程中为避免井周出现屈服,钻井液入口温度应小于临界屈服温度。

深水天然气水合物储层钻井多物理场耦合数值分析

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行数值分析。结果表明,当钻井液侵入后,水合物储层的温度和压力呈现不同程度的上升,沿地层方向的温度变化率为0.618 K/m,压力变化率为0.39 MPa/m。水合物饱和度沿地层向下逐渐降低,平均变化率为0.06m^(-1)。水合物分解导致井筒周围力学强度下降,等效塑性应变增加,20h后井筒周围塑性应变达到90%,井筒失稳风险增加。因此,在水合物储层钻井过程中,应降低钻井液温度,或进行井筒-储层传热和传质屏蔽,以实现安全高效钻井。

T2Well单井地下水源热泵水-热耦合数值模拟研究

以北京地区实际井参数刻画的单井地下水源热泵为研究对象,利用T2Well模拟器对单井系统地源热泵运行过程进行全面模拟,并对主要参数进行敏感性分析,探究对单井系统生产井温度、热突破时间的影响。距离井筒相同位置不同深度的点,埋深越大受回灌水温度的影响越小。每个运行周期结束时,温度场分布都能得到一定程度的恢复(同一周期内初始温度场相比)。水平方向渗透率同垂向渗透率的比值越大,越有利于回灌水在含水层中的运移,可有效保证热泵系统的取热温差。初步预计一个单井水源热泵系统能满足北京地区约1.5万m^2面积建筑的供暖需求,约1.6万m^2面积建筑制冷需求。

孔渗非均质性对CO_2羽流地热系统功能影响数值模拟研究

以松辽盆地泉头组地层作为研究地层,采用数值模拟的方法分析地层孔渗非均质性对于二氧化碳羽流地热系统的影响。结果表明:由于非均质储层中快速通道的存在,使得在井间距为1000 m,注入压力为16 MPa时,CO_2的产出时间可以由均质储层中的15个月提前到3个月;非均质储层中,CO_2流动集中,储层换热体积减小,产出流体温度下降速率加快;孔渗非均质性既可能引起产出流体温度和系统热提取速率快速下降,也可能导致系统产出流体流量减小,从而使得系统运行期间热提取速率一直偏低。