储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析

加瑞, 许敬明, 郝岱恒, 李青茁, 杨岗. 储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2023, 43(6): 202-216. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2022122801
引用本文: 加瑞, 许敬明, 郝岱恒, 李青茁, 杨岗. 储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2023, 43(6): 202-216. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2022122801
JIA Rui, XU Jingming, HAO Daiheng, LI Qingzhuo, YANG Gang. The influence of reservoir and exploitation parameters on production capacity of gas hydrate[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2023, 43(6): 202-216. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2022122801
Citation: JIA Rui, XU Jingming, HAO Daiheng, LI Qingzhuo, YANG Gang. The influence of reservoir and exploitation parameters on production capacity of gas hydrate[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2023, 43(6): 202-216. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2022122801

储层和开采参数对天然气水合物开采产能的影响分析

  • 基金项目: 天津市科技计划项目“滨海软土的结构性原位评价方法及损伤本构模型研究”(21JCYBJC00380);国家自然科学基金重大项目课题“深海土内结构演化与多过程耦合模型和计算理论”(51890911)
详细信息
    作者简介: 加瑞(1982—),男,博士,副教授,主要从事海洋岩土工程方面的研究,E-mail:jiarui@tju.edu.cn
  • 中图分类号: P744;TK01

The influence of reservoir and exploitation parameters on production capacity of gas hydrate

  • 开展储层参数和开采参数对天然气水合物开采产能影响的研究有助于其实际开采场址和开采方法的选择。以中国南海神狐海域SH7站位的地质参数为背景,采用TOUGH+HYDRATE软件系统地分析了储层压力、温度、孔隙度、水合物饱和度、渗透率、上覆层和下伏层渗透率等储层参数,以及降压幅度、降压井长度和出砂堵塞(通过改变井周网格渗透率反映出砂堵塞)等开采参数对天然气水合物降压开采产能的影响。数值模拟结果表明:①随着储层渗透率的增大,产气量有明显的增加;随着储层压力、孔隙度的增大以及上覆层和下伏层渗透率的减小,产气量有较大的增加;随着储层温度的增大,产气量有一定的增加;产气量随饱和度的增大先增大后减小。因此,实际开采时可优先选择渗透率大、上覆层和下伏层渗透率小、孔隙度大、温度较高、水合物饱和度适中的储层。②随着降压幅度的增大以及降压井长度增大,产气量有明显的增加;而随着出砂堵塞程度的加剧,产气量有非常明显的减少。因此,实际开采时可以通过增大降压幅度和降压井长度以及采取减轻出砂堵塞的措施来提高产气量。研究结果可以为我国将来天然气水合物开采区域及开采方式的选择和确定提供参考。

  • 加载中
  • 图 1  模型示意图

    Figure 1. 

    图 2  网格划分示意图

    Figure 2. 

    图 3  不同储层压力时天然气水合物开采产能

    Figure 3. 

    图 4  不同储层温度时天然气水合物开采产能

    Figure 4. 

    图 5  不同储层孔隙度时天然气水合物开采产能

    Figure 5. 

    图 6  不同水合物饱和度时天然气水合物开采产能

    Figure 6. 

    图 7  天然气水合物开采产能随饱和度增加的变化

    Figure 7. 

    图 8  不同储层渗透率时天然气水合物开采产能

    Figure 8. 

    图 9  不同上覆层与下伏层渗透率时天然气水合物开采产能

    Figure 9. 

    图 10  不同降压幅度时天然气水合物开采产能

    Figure 10. 

    图 11  不同降压井长度时天然气水合物开采产能

    Figure 11. 

    图 12  不同出砂堵塞程度时天然气水合物开采产能

    Figure 12. 

    表 1  模型参数

    Table 1.  Model parameters

    模型参数取值
    上覆层厚度/m30
    水合物层厚度/m22
    下伏层厚度/m30
    水合物层压力/MPa13.5
    水合物层温度/℃14
    地热梯度/(℃·m−1)0.043
    盐度0.03
    水合物饱和度SH0.44
    水的饱和度SA0.56
    固有渗透性/μm20.075
    孔隙度0.41
    固相颗粒密度/(kg·m−3)2 600
    复合导热系数模型
    [26]
    $ \begin{gathered} {k_{{\text{θ C}}}} = {k_{{\text{θ RD}}}} + (S_{\text{A}}^{1/2} + S_{\text{H}}^{1/2}) \\ ({k_{{\text{θ RW}}}} - {k_{{\text{θ RD}}}}) + \phi {S_{\text{I}}}{k_{{\text{θ I}}}} \\ \end{gathered} $
    干导热系数kθRD/(W·m−1·K−1)1.0
    湿导热系kθRW/(W·m−1·K−1)3.1
    相对渗透率模型
    [26]
    $ {k_{{\text{rA}}}} = {(S_{\text{A}}^ * )^n} $
    $ {k_{{\text{rG}}}} = {(S_{\text{G}}^ * )^{{n_{\text{G}}}}} $
    $ S_{\text{A}}^ * = ({S_{\text{A}}} - {S_{{\text{irA}}}})/(1 - {S_{{\text{irA}}}}) $
    $ S_{\text{G}}^ * = ({S_{\text{G}}} - {S_{{\text{irG}}}})/(1 - {S_{{\text{irA}}}}) $
    n3.5
    nG3.5
    SirA0.3
    SirG0.05
    毛细管压力模型
    [30]
    $ {P_{{\text{cap}}}} = - {P_0}{\left[ {{{(S*)}^{ - 1/\lambda }} - 1} \right]^{1 - \lambda }} $
    $ S* = ({S_{\text{A}}} - {S'_{{\text{irA}}}})/(1 - {S'_{{\text{irA}}}}) $
    $ {S'_{{\text{irA}}}} $0.29
    λ0.45
    P0/Pa1.0×105
    表中:Pcap为毛细管压力,SirA为相对渗透率模型中的束缚水饱和度,$ {S'_{{\text{irA}}}} $为毛细管压力模型中的束缚水饱和度,SirG为束缚气饱和度,n为渗透率降低指数,nG为气体渗透率降低指数,λ为van Genuchten指数。
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    表 2  数值模拟方案

    Table 2.  The numerical simulation scheme

    影响因素储层压力/
    MPa
    储层温度/
    储层孔隙度水合物饱和度储层渗透率/
    μm2
    上、下层渗
    透率/μm2
    井口压力/
    MPa
    降压井长度/
    m
    井周渗透率/
    μm2
    储层压力13.5、14.5、15.5、16.510.50.440.410.0750.075480.075
    储层温度13.59、9.5、10、10.50.440.410.0750.075480.075
    储层孔隙度13.510.50.35、0.38、0.41、0.440.410.0750.075480.075
    水合物饱和度13.510.50.440.2、0.24、0.28、0.32、0.36、0.4、0.44、0.48、0.520.0750.075480.075
    储层渗透率13.510.50.440.410.005、0.025、0.05、0.0750.075480.075
    上、下层渗透率13.510.50.440.410.0750.005、0.025、0.05、0.075480.075
    降压幅度13.510.50.440.410.0750.0752、4、6、880.075
    降压井长度13.510.50.440.410.0750.07544、8、12、160.075
    出砂堵塞13.510.50.440.410.0750.075480.00075、0.0075、0.075
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    表 3  储层和开采参数对5年累积产气量和气水比的影响

    Table 3.  The effects of reservoir and exploitation parameters on 5-year cumulative gas production and gas-water ratio

    影响因素5年产气量/106 m3影响程度气水比影响程度
    储层参数储层压力(13.5、14.5、15.5、16.5 MPa)2.21、2.30、2.45、2.57++1.25、1.13、1.09、1.05--
    储层温度(9.0、9.5、10.0、10.5℃)2.14、2.15、2.15、2.21+1.20、1.20、1.20、1.25+
    储层孔隙度(0.35、0.38、0.41、0.44)2.1、2.16、2.21、2.26++1.17、1.20、1.25、1.25++
    水合物饱和度(0.2、0.28、0.36、0.44)2.22、2.30、2.28、2.22++(--)1.22、1.81、1.27、1.24++(--)
    储层渗透率(0.005、0.025、0.05、0.075 μm2)0.45、1.12、1.7、2.21+++6、2.2、1.5、1.25--
    上覆和下伏层渗透率(0.005、0.025、0.05、0.075 μm2)4.0、2.77、2.4、2.21--4.0、1.87、1.42、1.25--
    开采参数降压幅度(5.5、7.5、9.5、11.5 MPa)1.62、1.94、2.21、2.46+++1.90、1.96、2.17、2.57++
    降压井长度(4、8、12、16 m)1.77、2.21、2.55、2.7+++1.6、1.25、1.06、0.98--
    出砂堵塞(0.075、0.0075、0.00075μm2)2.21、1.25、0.76---1.25、2.24、7.07++
    下载: 导出CSV
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出版历程
收稿日期:  2022-12-28
修回日期:  2023-06-09
刊出日期:  2023-12-28

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