天然气水合物试采监测井技术研究进展

天然气水合物在海域和冻土分布广,资源量大,能量密度高,是重要的潜在高效清洁油气接替能源。但水合物储层开采过程中压力、温度时空演化规律复杂,合理的监测井布设不仅能够监测开采过程中物理参数的时空演化,还能够对周围环境的影响进行评估。本文通过对国内外水合物试采监测井的相关案例分析,得到监测井的主要监测参数包括温度、压力、井口流出物及海床扰动等,监测井与生产井之间的方向部署需要依据实际的储层环境,监测井位置设计要能够对储层压力、温度等主要参数变化做出及时响应,监测井数通常为1~2口。本文能够对天然气水合物试采监测井部署提供指导。

南海海域水合物试采平台优选及装备适应性改造研究

论文对国内外开展的海域水合物勘探、取样和试采等工作及南海的海况特殊性、适用于南海的钻采装备 等进行了调研.针对我国地矿部2017年牵头组织的南海海域水合物试采项目,开展的水合物试采平台优选 及装备的适应性改造研究工作进行了详细阐述,并介绍了优选和适应性改造后的“蓝鲸1 号”平台在南海海域 水合物试采期间的作业情况,可为我国未来的南海海域水合物试采工作以及商业化开采的平台选型和研发工 作提供参考.

深水水合物试采过程中地层沉降及井口稳定性研究

在深水非成岩地层天然气水合物试采过程中,随着试采时间增长,大面积弱固结地层中的水合物分解后,可能造成海底地层沉降,损坏井口和海底管汇,导致试采工程失败。为此,建立了非成岩地层水合物试采过程中的海底地层沉降和井口稳定性分析模型,分析认为水合物分解后产生的负摩阻力和下拉载荷是导致井口失稳的主要因素,并采用有限元强度折减法模拟研究了水合物分解对地层沉降和井口稳定性的影响,结果发现,水合物分解后管柱周围的负摩阻力主要分布于表层导管底部向上约1/3的区域,且水合物分解半径越大、水合物饱和度越高,负摩阻力越大。自主研发了天然气水合物开采井口模拟试验装置,进行了水合物分解对井口稳定性影响的室内模拟试验,负摩阻力的模拟试验结果与数值模拟结果相比,相对误差在10%以内,验证了计算模型和数值模拟结果的可靠性。研究成果可为深水非成岩地层水合物试采时间控制和井口安全评估提供理论参考。

天然气水合物试采中分布式光纤测温(DTS)数据现场处理及可视化

综合运用Matlab和Origin的优势功能,实现了海域天然气水合物试采过程中DTS现场数据的快速处理和可视化。相较于传统的二维温度数据成图,采用DTS(Distributed Fiber Optical Temperature Sensor)数据可视化方法高效直观,可综合分析全井或局部温度随时间变化的趋势,有助于了解井筒内生产情况,进一步结合地温梯度曲线,可辅助判断井筒附近水合物的分解和形成,有效提高生产优化和预测的分析效率。

我国海域天然气水合物试采再传捷报

由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采日前取得成功并超额完成目标任务。在水深1225m的南海神狐海域,试采创造了“产气总量86.14万m^3,日均产气量2.87万m^3”两项新的世界记录,攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术,实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越,在产业化进程中,取得重大标志性成果。

Labview的海域天然气水合物试采环境实时监测系统的实验研究

为了建立实时、高效的监测系统,提出一种通过软件集成各个监测模块的方法,基于图形化编程软件Labview作为上位机,以单片机的嵌入式作为下位机,通过串口通信接收显示数据,集成在控制中心,通过实验模拟可以验证方案的可行性,为实际试采应用做好铺垫。

加拿大Mallik陆域永冻带天然气水合物成功试采回顾

1998年由加拿大地质调查局和日本国家石油公司领导,在加拿大麦肯齐三角洲永冻带实施的Mallik 2L-38水合物研究井的项目是成功的。但是,由于气候变暖和机械故障,水合物试采目标未能完成。加拿大地质调查局和日本国家石油公司与其它8个国际合作机构于2002年回到Mallik,钻进了3L-38和4L-38两口观测井,以及5L-38生产试验井。在5L-38井中采取了水合物岩心(采取率90%)并进行物探测井等研究,实施了2次短时生产试验——运用MDT的降压法与热注入法的试验。运用热冲洗液循环的热注入法获得了470 m^3的气体产量。此后,2007—2008年又重返于1998年钻成的2L-38井,对其进行加深、扩孔、下套管等,用于实施水合物试采。2007年,在此试验井内储层射孔井段安置潛水泵,抽水降低水位以减小储层压力,在12.5 h的降压试验期间产生830 m^3的气体。试验证明,即使在如此短的时间内,降压法也是有效的。2008年在2L-38井6.8 d(139 h)的长时间试采过程中,持续产气2000~4000 m^3/d,总共产量达13000 m^3。此次试采数据表明,降压法对于水合物生产是一种正确可取的方法。2008年加拿大Mallik天然气水物试采项目的成功,是世界水合物研究和开发史上的一座里程碑。

美国阿拉斯加北坡永冻带天然气水合物研究和成功试采

阿拉斯加北坡(ANS)永冻带蕴藏着丰富的天然气水合物资源,该地区是美国天然气水合物研究开发的特定目标之一。自1970’年代起,美国先后研发的PCB和PCS天然气水合物保压取心器应用于DSDP、ODP、IODP和ANS。第一口旨在研究阿拉斯加天然气水合物的热冰1井于2004年初完成。该井虽然没有钻遇到水合物层位,但是许多新开发的技术,如北极钻井平台、移动式岩心实验室、智慧钻井等成功地获得了应用。艾尔伯特山1号研究井于2007年2月顺利地钻至914 m,全井取心率85%,并进行了测井和运用组合地层动态测量仪对井下压力测试,完成了全部预期研究目标。对"自然产生的"和由"油气钻采工业诱发的"与水合物相关的地质灾害进行了研究,后者主要分为3类,即穿越天然气水合物钻探、穿越天然气水合物深部油气开采及开采天然气水合物的生产。对天然气水合物,特别是运用CO_2-CH_4置换法开采水合物的理论和实验室的研究,在美国许多学术机构和大学有成效地进行了许多年。2012年5月,康菲公司与日本国家油气与金属公司(JOGMEC)以及美国能源部(DOE)合作,运用CO_2-CH_4置换法,圆满地完成了Ignik Sikumi#1井的天然气水合物试采。在38天返排期间气体生产的30天内,累积生产甲烷气体约28317 m^3(100万scf)。该项试采工程结果表明,CO_2-CH_4置换法是天然气水合物开采重要而有效的方法之一,它可在较大程度上减少对环境的污染和破坏。

日本南海海槽天然气水合物取样调查与成功试采

日本在实施天然气水合物研发计划(MH21)的第一阶段(2001—2008)及之后,作为合作伙伴,参加了加拿大Mallik和美国阿拉斯加陆域永冻层的水合物试采工程项目,并在本国南海海槽分别于2000年和2004年实施了水合物探井施工和多井钻探取样调查。从MH21第二阶段(2009—2015)开始,日本加强了对南海海槽东部的钻探、取样调查,运用新研发的CDEX hybrid PCS系统采取保压岩心;运用PCCT压力岩心测试鉴定仪器,对含水合物沉积地层的岩样作精密测试分析;提出水合物开采环境效应评估(EIA)研究战略,运用综合方法认真实施EIA调查,以及对海域水合物生产环境监测系统,包括海底甲烷泄漏监测仪(MLMS)、海底变形测量仪(SDMS)等予以布署。2013年3月12—18日,日本在南海海槽东部深水水合物储层实施了第一次天然气水合物的试采。六日内累积生产气量约120000 m^3,平均日产气量20000 m^3。这是世界上第一次海域天然气水合物成功的试采工程,是国际天然气水合物开发史上的一座里程碑。但是,天然气水合物的商业化开采在国际上将是一个艰难、漫长的过程。

神狐海域W18/19区块水合物上覆层水平渗透系数分布

水合物储层上覆地层水平渗透系数是水合物试采工程设计的关键参数之一。以我国南海北部神狐海域W18/19区块水合物上覆钙质黏土层孔压静力触探数据为依托,在剖析基于位错理论的地层水平渗透系数预测模型基本原理的基础上,进行W18/19区块水合物层上覆钙质黏土层水平渗透系数纵向分布规律预测。结果表明,Elsworth方法不适用于W18/19区块水合物层上覆钙质黏土层水平渗透系数评价;W18/19区块水合物层上覆钙质黏土层水平渗透系数为0.1×10^(-8)～4×10^(-8) m/s,且随着深度的增大而减小;30mbsf以浅地层预测结果受扰动较大,30mbsf以深地层的水平渗透率系数为0.1×10^(-8)～0.6×10^(-8) m/s,且不同模型预测结果间的差异较小;孔压扩散模型和初始孔压分布函数的差异是导致不同模型预测结果差异的根本因素。

日本天然气水合物勘探开发研究进展与启示

日本通过制订国家层面天然气水合物研发计划,对天然气水合物研发进行统一部署,以水合物资源开发利用为目标,在日本周边海域开展了长期而广泛的天然气水合物调查研究,获得了大量天然气水合物存在证据.特别是在南海海槽东部集中开展了天然气水合物勘探开发研究,优选了一批水合物富集区,开展了两次水合物试采研究.在日本海东部边缘的初步调查发现了众多水合物有利构造,证实该海域也存在较好水合物资源潜力.日本还积极参与国际水合物开发合作研究与国内水合物开发模拟研究,为南海海槽水合物降压试采研究提供人员与技术支撑.日本在天然气水合物勘探开发研究的组织管理、研究策略等方面的做法与经验,对中国天然气水合物勘探开发研究具有一定的启示意义.

海域天然气水合物监测井技术进展与挑战

海域天然气水合物是一种极具潜力的可替代清洁能源,但开采难度大、容易导致地质灾害,因此在开发过程中对水合物储层的监测不仅能为开发方案的动态优化提供基础数据支持,而且对于评价开发过程对环境的影响尤为重要。监测井可以对水合物储层进行原位监测,是一项关键技术,但应用于海域水合物时目前可以采用的地球物理监测仪器非常有限。结合中国神狐海域水合物储层为开发难度高的低渗透率黏土质粉砂的现实,需要研发更低功耗、更高精度的长期原位温度压力监测仪器,同时需要积极开发新的监测技术,例如可以尝试在监测井中加入示踪剂指示来自监测井的流体运移,构成生产井之外水合物分解的直接证据,从而提供水合物分解范围的科学依据。

中国南海天然气水合物开采储层水合物相变与渗流机理:综述与展望

【研究目的】中国地质调查局先后于2017年、2020年在南海北部神狐海域成功实施两轮水合物试采,创造了产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高等多项世界纪录,了解和掌握南海天然气水合物开采储层相变与渗流机理,有助于进一步揭示该类型水合物分解机理、产出规律、增产机制等,可为中国海域水合物资源规模高效开采提供理论基础。【研究方法】基于两轮试采实践,笔者通过深入研究发现,储层结构表征、水合物相变、多相渗流与增渗、产能模拟与调控是制约水合物分解产气效率的重要因素。【研究结果】研究表明,南海水合物相变具有分解温度低,易在储层内形成二次水合物等特点,是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;多相渗流作用主要受控于未固结储层的物性特征、水合物相变、开采方式等多元因素影响,具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点;围绕南海水合物长期、稳定、高效开采目标,需要在初始储层改造基础上,通过实施储层二次改造,进一步优化提高储层渗流能力,实现增渗扩产目的。【结论】随着天然气水合物产业化进程不断向前推进,还需要着力解决大规模长时间产气过程中温度压力微观变化及物质能源交换响应机制以及水合物高效分解、二次生成边界条件等难题。

海底观测网建立对我国海域天然气水合物开采环境监测的启示

海底观测网是指将各种观测仪器安装到海底,实现动态和高分辨率立体监测,探索海底物理、化学、地质等参量和生物过程,可适应于海底天然气水合物勘探领域、海底地震、海啸监测预警。本文介绍了国内外海底观测网的研究现状,结合我国首次天然气水合物试采环境监测现状,借鉴国内外先进经验,提出了一种适应水合物试采环境监测的海底观测网模型,为后续实验研发提供了科学依据。

深海井口吸力锚安装分析与实践

第二轮海域天然气水合物试采在神狐海域首次应用了深海井口吸力锚技术,为浅软地层水平井开采水合物提供了稳定的井口支撑。通过理论计算及有限元分析对吸力锚沉贯过程中的自重沉贯深度以及需求负压进行研究,同时现场采用“步渐间歇式自重贯入、拖拽连续负压沉贯”施工工艺,保障了国产首个深海井口吸力锚成功安装。现场实践结果表明,理论计算结果与实际施工情况较为接近,理论分析可指导井口吸力锚安装;沉贯施工工艺快速、高效、安全,井口吸力锚安装的各项指标满足使用需求,对吸力锚技术在深海油气领域应用具有借鉴意义。

2020年探矿工程十大新闻

1嫦娥五号圆满完成中国首次月球采样返回任务,中国地质大学(武汉)教授参与“嫦娥”挖土攻关北京时间2020年12月17日1时59分,嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,带回月球样品1731 g,标志着中国首次月球采样返回任务圆满完成。嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装。嫦娥五号探测器自动采样任务采用表钻结合、多点采样的方式,设计了钻具钻取和机械臂表取两种“挖土”模式。