卓魯斌 于 璟 張宏源 周翠平
中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司
目前天然氣水合物(以下簡(jiǎn)稱(chēng)水合物)藏的開(kāi)發(fā)方法大致可以分為降壓法、熱刺激法、注化學(xué)劑法以及CO2置換法,其中降壓法投入最低,是目前最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的開(kāi)發(fā)方法[1-4]。我國(guó)在南海北部神狐海域先后成功實(shí)施兩次試采工作,實(shí)現(xiàn)了從“探索性試采”向“試驗(yàn)性試采”的重大跨越,也驗(yàn)證了降壓法開(kāi)發(fā)南海水合物藏的技術(shù)可行性[5-6]。
水平井可以有效擴(kuò)大井筒與水合物藏的接觸長(zhǎng)度,加速氣和水的產(chǎn)出從而更快地實(shí)現(xiàn)降壓,我國(guó)第二次試采采用水平井降壓開(kāi)采,獲得2.87×104m3的日產(chǎn)氣量,證明了水平井降壓開(kāi)采水合物藏的有效性。此外,國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水平井降壓開(kāi)采水合物藏也開(kāi)展了部分研究工作,Moridis等[7]采用TOUGH+HYDRATE軟件對(duì)阿拉斯加北坡水合物藏水平井降壓開(kāi)發(fā)的效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,結(jié)果表明水平井相對(duì)于直井可獲得更高的產(chǎn)氣速率,但由于水平井的鉆井和操作費(fèi)用高于直井,因而其適應(yīng)性有待進(jìn)一步評(píng)估;Li等[8]針對(duì)祁連山凍土區(qū)水合物藏進(jìn)行了水平井降壓開(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬研究,結(jié)果表明降壓前期的產(chǎn)氣量明顯高于降壓后期,由于凍土區(qū)水合物藏的溫度較低,可用于分解的熱能較少,因而總體而言產(chǎn)氣能力較低;Yu等[9]針對(duì)日本南開(kāi)海槽水合物藏開(kāi)展了水平井降壓和注熱數(shù)值模擬研究,結(jié)果表明單一水平井降壓開(kāi)發(fā)時(shí),水平井位于儲(chǔ)層上部有利于利用底蓋層中流體的熱能促進(jìn)水合物分解,且降壓和注熱相結(jié)合可以更好地提高水合物藏的開(kāi)發(fā)效果;李剛等[10]以南海北部神狐海域水合物藏的地質(zhì)參數(shù)為基準(zhǔn),建立了數(shù)值模擬模型并對(duì)水平井降壓開(kāi)發(fā)的效果進(jìn)行了模擬,發(fā)現(xiàn)水合物的分解區(qū)域主要為井周附近且產(chǎn)氣量在降壓約1年后可達(dá)最大值;申志聰?shù)萚11]建立了含有游離氣層的Ⅰ類(lèi)水合物藏?cái)?shù)值模擬模型,并采用TOUGH+HYDRATE模擬器對(duì)比了水平井和直井的開(kāi)發(fā)效果,結(jié)果表明采用水平井開(kāi)發(fā)時(shí),游離氣的向上運(yùn)移不僅可以提高產(chǎn)氣速率,同時(shí)氣體中蘊(yùn)含的熱能可有效促進(jìn)水合物的分解,提高水合物藏的開(kāi)發(fā)效果。雖然上述理論研究均表明水平井在水合物藏開(kāi)發(fā)中具有很大的潛力,但目前的研究主要集中在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的變化規(guī)律分析等方面,水平井長(zhǎng)度對(duì)水合物降壓開(kāi)發(fā)效果的影響尚缺少系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究。為此,筆者采用自行設(shè)計(jì)的水合物開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)比了不同長(zhǎng)度水平井降壓開(kāi)發(fā)水合物藏過(guò)程中,產(chǎn)氣產(chǎn)水和溫度壓力的變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上采用TOUGH+HYDRATE軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了擬合,進(jìn)而分析了水合物的分解規(guī)律,研究?jī)?nèi)容旨在為我國(guó)水合物藏的合理開(kāi)發(fā)提供技術(shù)和理論支撐。
圖1為自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置流程圖。該裝置主要包括注入系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、水合物藏模擬系統(tǒng)等,其中注入系統(tǒng)主要包括ISCO驅(qū)替泵和裝有水、高壓甲烷的中間容器,其作用為向水合物藏模擬系統(tǒng)中注入水合物生成所需的甲烷氣和水。恒溫系統(tǒng)采用高低溫恒溫箱,恒溫精度為±0.5 ℃。采集系統(tǒng)主要包括與水合物藏模擬系統(tǒng)底部相連的測(cè)溫和測(cè)壓探頭、可實(shí)時(shí)測(cè)量燒杯中產(chǎn)出液質(zhì)量的高精度天平、信號(hào)收集箱以及計(jì)算機(jī)等。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖
水合物藏模擬系統(tǒng)是該系統(tǒng)的核心裝置,圖2為水合物藏和水平井模型的實(shí)物圖以及水合物藏模型底部的孔眼分布。水合物藏模型內(nèi)槽尺寸為20 cm×20 cm×6 cm,由于模型的材質(zhì)為不銹鋼,其熱傳導(dǎo)率較大,前期探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沿模型頂?shù)椎臒崮軅鬟f對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響較大。在進(jìn)行稠油熱采實(shí)驗(yàn)時(shí)陶泥常被作為頂?shù)咨w層的模擬材料并表現(xiàn)出了良好的隔熱效果[12-13],為此本模型在頂?shù)赘麂佒埔粚雍穸燃s為1 cm的不滲透陶泥,模型的實(shí)際可填砂厚度約為4 cm。此外,為了降低四周壁面的傳熱并防止氣水沿光滑壁面竄流,模型四周采用玻璃膠進(jìn)行了粗糙化處理。
圖2 模型實(shí)物圖及孔眼分布圖
水合物藏模型底部的孔眼可作為溫壓測(cè)點(diǎn)和注采點(diǎn)(圖2-b),其中2號(hào)、4號(hào)和5號(hào)孔眼為溫度測(cè)點(diǎn),6號(hào)、7號(hào)和9號(hào)孔眼為壓力測(cè)點(diǎn),其余孔眼為注采孔眼。測(cè)溫和測(cè)壓探頭通過(guò)信號(hào)收集器與計(jì)算機(jī)相連,用來(lái)記錄各測(cè)點(diǎn)在降壓開(kāi)發(fā)過(guò)程中的溫度和壓力變化。水平井模型為外徑6 mm的不銹鋼管柱(圖2-a),通過(guò)打孔模擬井筒射孔,水平井段距離與其平行的模型側(cè)邊的距離為10 cm,即水平井位于水合物藏模型的中心位置處。為了對(duì)比水平井長(zhǎng)度對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響,制作了6 cm、10 cm、14 cm三種不同射孔長(zhǎng)度的水平井模型??啥x無(wú)因次水平井長(zhǎng)度為:
式中LD表示無(wú)因次水平井長(zhǎng)度,為水平井射孔段長(zhǎng)度占單井控制區(qū)域沿水平井方向長(zhǎng)度的百分比,由于水合物藏模型沿水平井方向的長(zhǎng)度為20 cm,因而6 cm、10 cm、14 cm三種射孔段長(zhǎng)度水平井模型所對(duì)應(yīng)的無(wú)因次水平井長(zhǎng)度分別為0.3、0.5和0.7;Lw表示水平井射孔段長(zhǎng)度,cm;Lm表示水合物藏模型長(zhǎng)度,cm。
實(shí)驗(yàn)用水為去離子水,實(shí)驗(yàn)用氣為純度99.9%的甲烷氣,水合物藏模型采用140目石英砂填制。實(shí)驗(yàn)具體操作步驟如下:
1)采用石英砂進(jìn)行模型充填,采用多點(diǎn)輪換注入的方式對(duì)水合物藏模型飽和水,根據(jù)進(jìn)水量計(jì)算模型孔隙度,其中多點(diǎn)輪換注入方式的具體做法為:首先采用圖2-b中的孔眼1作為注入點(diǎn),孔眼10為產(chǎn)出點(diǎn),當(dāng)孔眼10無(wú)氣體產(chǎn)出時(shí),關(guān)閉孔眼10并打開(kāi)孔眼3繼續(xù)驅(qū)替,當(dāng)孔眼3無(wú)氣體產(chǎn)出時(shí)關(guān)閉孔眼3并打開(kāi)孔眼8繼續(xù)驅(qū)替,當(dāng)孔眼8無(wú)氣體產(chǎn)出時(shí)將注入點(diǎn)變換至孔眼8、孔眼10或孔眼3并參照上述方法繼續(xù)進(jìn)行驅(qū)替,當(dāng)4個(gè)注采孔眼均輪換完成后飽和結(jié)束。
2)采用多點(diǎn)輪換注入的方式注入甲烷氣并驅(qū)替出部分水,然后封閉出口端注入高壓氣將模型壓力上升至13 MPa。
3)關(guān)閉入口端并將恒溫箱溫度設(shè)定為8 ℃進(jìn)行水合物生成,通過(guò)溫度和壓力數(shù)據(jù)變化監(jiān)測(cè)水合物的生成狀況。
4)當(dāng)系統(tǒng)壓力不再變化時(shí)認(rèn)為水合物已經(jīng)生成完畢,回壓閥設(shè)置為13 MPa,注水驅(qū)替模型中剩余的自由氣,當(dāng)多點(diǎn)輪換注入均無(wú)氣產(chǎn)出時(shí)可認(rèn)為模型中的自由氣已被完全采出,關(guān)閉注入端靜置24 h并按照本文參考文獻(xiàn)[2]中的方法計(jì)算模型中水合物和水的飽和度。
5)調(diào)節(jié)回壓閥的壓力值為3 MPa,打開(kāi)位于水合物藏中部的模擬井進(jìn)行水合物分解實(shí)驗(yàn),其中模擬井為圖2-a中所展示的外徑為6 mm的鋼制打孔管柱。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬井纏繞鐵砂網(wǎng)進(jìn)行防砂。
6)當(dāng)產(chǎn)氣和產(chǎn)水速率較低時(shí)實(shí)驗(yàn)停止,降壓升溫使得水合物全部分解并排出模型中的剩余氣體。
實(shí)驗(yàn)采用3種射孔段長(zhǎng)度的水平井模型成功開(kāi)展降壓開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)3組,各組實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的水合物模型基本物性參數(shù)如表1所示。從表1可以看出,各組填砂模型的孔隙度和水合物飽和度較為接近,具有良好的可對(duì)比性。水合物藏模型的絕對(duì)滲透率無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)量,因而采用水合物藏模型所采用的140目石英砂對(duì)一維填砂管進(jìn)行填砂,并盡量保證填砂管與水合物藏模型具有相似的石英砂壓實(shí)程度,通過(guò)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)測(cè)得滲透率約為0.34 μm2。
表1 降壓開(kāi)采實(shí)驗(yàn)基本物性參數(shù)表
圖3和圖4分別為3組實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)氣速率和累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比,圖5和圖6分別為產(chǎn)水速率和累計(jì)產(chǎn)水量對(duì)比。從圖3、5可以看出,產(chǎn)量的劇烈變化主要發(fā)生在實(shí)驗(yàn)前期,為了更加直觀地展示產(chǎn)氣和產(chǎn)水速率在實(shí)驗(yàn)前期的變化規(guī)律,圖3和圖5中對(duì)15 min內(nèi)的產(chǎn)氣和產(chǎn)水曲線進(jìn)行了局部放大。從局部放大圖中可以看出,3組實(shí)驗(yàn)均表現(xiàn)為產(chǎn)氣速率快速上升,到達(dá)峰值后震蕩式下降的趨勢(shì),而產(chǎn)水量則是在降壓初期獲得峰值后快速下降,當(dāng)產(chǎn)水量較低時(shí)保持不規(guī)律的上下波動(dòng)。這主要是因?yàn)槟P偷某跏級(jí)毫^高,可動(dòng)水處于高壓狀態(tài),當(dāng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,可動(dòng)水首先呈噴涌狀產(chǎn)出,同時(shí)伴隨著模型壓力的快速下降,近井地帶水合物大量分解,分解后孔隙度和滲透率的上升則可進(jìn)一步促進(jìn)分解氣的產(chǎn)出。此外水合物的分解是一個(gè)吸熱反應(yīng),由于沒(méi)有穩(wěn)定的熱源供給,水合物分解速度快速降低,因而產(chǎn)氣量到達(dá)峰值后也快速下降。
圖3 產(chǎn)氣速率對(duì)比圖
圖4 累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比圖
圖5 產(chǎn)水速率對(duì)比圖
圖6 累計(jì)產(chǎn)水量對(duì)比圖
無(wú)因次水平井長(zhǎng)度LD為0.7、0.5和0.3時(shí)所對(duì)應(yīng)的峰值產(chǎn)氣速率分別為3 122 mL/min、2 640 mL/min和2 300 mL/min,到達(dá)產(chǎn)氣峰值的時(shí)間分別為2分40秒、4分50秒以及6分20秒。這說(shuō)明水平井長(zhǎng)度越大,其產(chǎn)氣峰值越高,到達(dá)產(chǎn)氣峰值所需要的時(shí)間也越短。這主要是由于水平井可以有效增大泄水和泄氣面積,因而降壓開(kāi)始后水平井長(zhǎng)度最大的方案可以獲得最高的初始產(chǎn)水速率(圖5),對(duì)應(yīng)的模型降壓速度和水合物的分解速度也最大,同時(shí)分解氣需運(yùn)移至射孔段并被采出,水平井長(zhǎng)度越長(zhǎng),其泄氣面積越大,分解氣的產(chǎn)出速率也越快。然而,從圖3所示的局部放大圖可以看出,LD為0.7的方案其產(chǎn)氣速率在達(dá)到峰值后快速降低,且在6~12 min時(shí)其產(chǎn)氣速率低于其他方案,而與之相反,LD為0.3的方案雖然在開(kāi)發(fā)初期產(chǎn)氣速率上升較慢,但在該階段其產(chǎn)氣速率最高。這說(shuō)明較長(zhǎng)的水平段雖然可以獲得較高的初期產(chǎn)氣速度,但在無(wú)持續(xù)熱能供應(yīng)的情況下,可分解的水合物總量是有限的,因而較高的峰值產(chǎn)量往往對(duì)應(yīng)著更快的產(chǎn)量遞減速度。
從圖4和圖6可以看出,水平井段越長(zhǎng)累計(jì)產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)水量也越高,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)LD為0.7、0.5和0.3所對(duì)應(yīng)的累產(chǎn)氣量分別為20 749 mL、19 865 mL和17 221 mL,對(duì)應(yīng)的累產(chǎn)水量分別為201 mL、194 mL和178 mL。假設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)整個(gè)模型內(nèi)的壓力均已降至3 MPa,則根據(jù)表1中各組實(shí)驗(yàn)的基本參數(shù)以及圖3至圖6中的產(chǎn)量數(shù)據(jù),采用體積守恒方法[14]可計(jì)算得到LD為0.7、0.5和0.3所對(duì)應(yīng)的水合物分解率(分解的水合物量與初始水合物量之比)分別為0.67、0.63和0.58。
圖7為3組實(shí)驗(yàn)的溫度和壓力變化規(guī)律的對(duì)比。由于模型尺度較小,溫度和壓力傳播速度較快,因而與水平井較為接近的各測(cè)點(diǎn)的溫壓變化差異較小。為了體現(xiàn)出溫度和壓力的變化過(guò)程,選取位于水合物藏模型側(cè)邊附近的溫度測(cè)點(diǎn)2和壓力測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)9進(jìn)行不同方案的溫度和壓力數(shù)據(jù)對(duì)比。同時(shí),溫度和壓力變化數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始15 min后趨同,壓力均降至回壓閥設(shè)定壓力3 MPa左右,而溫度則降至3 MPa所對(duì)應(yīng)的平衡溫度1.5 ℃附近,因而圖7中僅展示了降壓開(kāi)始后15 min內(nèi)的測(cè)點(diǎn)溫度和壓力對(duì)比。從圖7可以看出,壓力曲線表現(xiàn)為明顯的三段式特征,即快速下降段、緩慢下降段和平穩(wěn)段。降壓開(kāi)始后由于自由水的大量產(chǎn)出壓力快速降低至5 MPa左右,同時(shí)水平井長(zhǎng)度越大,降壓速度越快。隨著自由水產(chǎn)出速度的降低和水合物的快速分解,測(cè)點(diǎn)壓力下降速度變緩并最終降至設(shè)定壓力左右。相比于壓力的急劇變化,溫度的變化則相對(duì)平緩,測(cè)點(diǎn)溫度從初始環(huán)境溫度8 ℃逐漸降低到1.5 ℃左右。水平井長(zhǎng)度越大,降壓速度越快,因而水合物的分解速度和溫度的下降速度也越快。
圖7 溫度和壓力變化規(guī)律對(duì)比圖
室內(nèi)實(shí)驗(yàn)雖然可以更加真實(shí)地反映水合物的分解規(guī)律和氣水產(chǎn)出規(guī)律,但由于監(jiān)測(cè)手段和實(shí)驗(yàn)誤差的限制,物理場(chǎng)的時(shí)變特征尤其是水合物飽和度的變化規(guī)律難以準(zhǔn)確獲得。而數(shù)值模擬技術(shù)具有費(fèi)用低、速度快、模擬結(jié)果直觀等特點(diǎn),可一定程度上彌補(bǔ)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的缺陷[15-16]。TOUGH+HYDRATE是美國(guó)勞倫茲伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室推出的一款水合物藏開(kāi)發(fā)數(shù)值模擬器,目前已被廣泛應(yīng)用于水合物藏的開(kāi)發(fā)機(jī)理分析、優(yōu)化方案制訂等方面[17-18]。為了進(jìn)一步研究水平井長(zhǎng)度對(duì)降壓開(kāi)發(fā)過(guò)程中水合物飽和度變化規(guī)律的影響,筆者首先建立實(shí)驗(yàn)室尺度數(shù)值模擬模型,然后在產(chǎn)氣量擬合的基礎(chǔ)上分析不同長(zhǎng)度水平井降壓開(kāi)發(fā)時(shí)水合物的分解規(guī)律。
模型采用21×21×21的網(wǎng)格體系,平面上采用等間距網(wǎng)格,單個(gè)網(wǎng)格步長(zhǎng)為0.95 cm,垂向上第一層和最后一層的厚度均為1 cm,用于模擬頂?shù)咨w層,水合物藏部分細(xì)分為19個(gè)垂向網(wǎng)格,單個(gè)網(wǎng)格厚度為0.21 cm。頂?shù)咨w層的孔隙度設(shè)定為0.01,滲透率為0,考慮到三次實(shí)驗(yàn)中模型的孔隙度和水合物飽和度差異較小,為了使得后續(xù)的機(jī)理分析更具對(duì)比性,數(shù)值模擬模型中水合物層的孔隙度及水合物飽和度按照室內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)參數(shù)的平均值進(jìn)行初始化。采用動(dòng)力學(xué)模型精細(xì)模擬水合物的分解動(dòng)態(tài),相對(duì)滲透率模型采用修正的Stone模型[19],即:
式中krw表示水相相對(duì)滲透率,無(wú)量綱;krg表示氣相相對(duì)滲透率,無(wú)量綱;Sw表示含水飽和度,無(wú)量綱;Sg表示含氣飽和度,無(wú)量綱;Sirw表示束縛水飽和度,無(wú)量綱;Sirg表示束縛氣飽和度,無(wú)量綱;nw表示水相相滲指數(shù),無(wú)量綱;ng表示氣相相滲指數(shù),無(wú)量綱。
毛細(xì)管力模型采用van Genuchten模型[20],其表達(dá)式為:
式中pcap表示毛細(xì)管力,Pa;pco表示毛細(xì)管力基準(zhǔn)值,Pa;λ表示毛細(xì)管力指數(shù)。
采用EPM(Evolving Porous Medium)模型表征水合物生成和分解對(duì)滲透率所造成的影響,其表達(dá)式為:
式中k表示含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的絕對(duì)滲透率,μm2;k0表示水合物完全分解后多孔介質(zhì)的絕對(duì)滲透率,μm2;表示含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的孔隙度,無(wú)量綱;c表示臨界孔隙度,即多孔介質(zhì)滲透率降低為0時(shí)的孔隙度,無(wú)量綱;0表示水合物完全分解后多孔介質(zhì)的孔隙度,無(wú)量綱;n表示絕對(duì)滲透率指數(shù),無(wú)量綱,其表征水合物分解對(duì)滲透率的影響程度,n值越大,則絕對(duì)滲透率隨水合物飽和度增加而降低的速度越快。參照J(rèn)i等[21]和Phirani等[22]的研究結(jié)果,本文中c取值0.1,n取值3。
主要通過(guò)調(diào)整相對(duì)滲透率曲線、毛細(xì)管力曲線的參數(shù)值以及小幅調(diào)整熱物性參數(shù)的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)氣量進(jìn)行歷史擬合,表2為T(mén)OUGH+HYDRATE軟件中的主要參數(shù)取值,圖8為產(chǎn)氣量的歷史擬合結(jié)果。從圖8可以看出,雖然局部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在偏差,但實(shí)驗(yàn)的整體趨勢(shì)擬合較好,模型可用來(lái)進(jìn)行后續(xù)的機(jī)理分析。
表2 數(shù)值模擬模型主要參數(shù)表
圖8 產(chǎn)氣速率擬合結(jié)果圖
由于模型尺度較小,壓力和溫度的變化規(guī)律較為簡(jiǎn)單,即模型的壓力在短時(shí)間內(nèi)降低至設(shè)定壓力附近,而溫度則在較短的時(shí)間內(nèi)降低至設(shè)定壓力所對(duì)應(yīng)的平衡溫度附近(圖7),因而本部分主要在歷史擬合的基礎(chǔ)上對(duì)飽和度場(chǎng)進(jìn)行分析。圖9為不同水平井長(zhǎng)度時(shí)水合物飽和度的分布對(duì)比,其中5 min代表降壓開(kāi)發(fā)前期,而60 min代表降壓開(kāi)發(fā)后期,水平井在圖中用黑色線條表示。從圖9可以看出,各方案的水合物飽和度場(chǎng)的分布規(guī)律較接近,即水平井處水合物飽和度最低,其次為頂?shù)咨w層處,其余位置水合物飽和度則較高。這主要是因?yàn)樗骄帀毫ψ畹?,因而水合物分解速度最快,而接近上下頂?shù)咨w層處的水合物則可以吸收頂?shù)咨w層中的熱能用于水合物分解。從圖9-a中可以看出,水平井長(zhǎng)度越大,低水合物飽和度的區(qū)域也越大,這說(shuō)明較長(zhǎng)的水平段有利于擴(kuò)大水合物的分解區(qū)域。但同時(shí)從圖9-b中可以看出,由于沒(méi)有熱能供給,降壓開(kāi)發(fā)后期水合物藏中仍然有大量的剩余水合物未被分解,因而有必要轉(zhuǎn)變開(kāi)發(fā)方式,進(jìn)一步促進(jìn)水合物分解,提高開(kāi)發(fā)效果。圖10為不同水平井長(zhǎng)度時(shí)的含氣飽和度分布對(duì)比,可以看出,水平井長(zhǎng)度越大,降壓開(kāi)發(fā)前期的含氣飽和度也越高,這說(shuō)明長(zhǎng)水平段所導(dǎo)致的快速降壓可以大大加速水合物的分解速度。同時(shí)從圖10-b中可以看出,降壓開(kāi)發(fā)后期水合物藏頂部的含氣飽和度仍然較高,這說(shuō)明由于蓋層傳熱和氣水重力差的影響,水合物藏降壓開(kāi)發(fā)容易產(chǎn)生次生氣頂,因而水平井鉆井位置位于水合物藏上部時(shí)有利于降低分解氣的超覆,提高分解氣產(chǎn)量。
圖9 水合物飽和度分布對(duì)比圖
圖10 含氣飽和度分布對(duì)比圖
1)對(duì)于水和水合物共存的水合物藏,高壓可動(dòng)水在降壓初期大量產(chǎn)出,同時(shí)地層壓力快速下降,水合物大量分解。在降壓開(kāi)發(fā)后期由于沒(méi)有穩(wěn)定的熱源供給,水合物分解速度快速降低,產(chǎn)氣量呈現(xiàn)初期快速上升到達(dá)峰值后震蕩式下降的趨勢(shì);
2)水平井可以有效增大泄水和泄氣面積,因而水平井長(zhǎng)度越大,降壓速度越快,對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣峰值越高,到達(dá)產(chǎn)氣峰值所需要的時(shí)間也越短。但在沒(méi)有熱源供應(yīng)的情況下,可分解的水合物總量有限,因而水平井段越長(zhǎng)產(chǎn)量遞減速度也越快;
3)數(shù)值模擬結(jié)果表明水平井段附近地層為低水合物飽和度區(qū),因而長(zhǎng)水平段有利于擴(kuò)大水合物的分解區(qū)域。但降壓開(kāi)發(fā)后期儲(chǔ)層溫度已降至平衡溫度附近,水合物分解速度減慢,水合物藏中仍然殘存大量未分解水合物,有必要轉(zhuǎn)變開(kāi)發(fā)方式,進(jìn)一步利用長(zhǎng)水平段的優(yōu)勢(shì)提高水合物的分解量和開(kāi)發(fā)效果;
4)蓋層中所包含的熱能可促進(jìn)水合物的分解,同時(shí)由于氣水重力差的影響,水合物藏降壓開(kāi)發(fā)過(guò)程中易在頂蓋層附近形成次生氣頂,因而水平井打井位置靠近水合物藏上部有利于降低分解氣的超覆,提高產(chǎn)氣量。