天然气水合物藏降压、注热开采数值模拟研究

摘要

天然气水合物是近年来在海洋和冻土带发现的新型洁净优质能源,分布广,资源量大,将成为21世纪人类最重要的能源。对水合物开采技术的研究已成为近年来国际上的研究热点。在调研国内外水合物开采数学模型的基础上,根据天然气水合物的降压、注热开采机理,考虑水合物的热力学和动力学性质,以及热传导和热对流,建立了三维四相(气相、液相、水合物相、冰相)五组分(甲烷气、水、盐、水合物、冰)的天然气水合物藏降压、注热开采数学模型。利用有限差分法对数学模型进行数值求解,首先采用隐压显饱法顺序求解储层中的压力及饱和度;然后,通过隐式求解能量守恒方程得到温度场的分布。在数值模型的基础上,研制了一套适用于天然气水合物藏降压、注热开采的数值模拟软件;利用该软件,对水合物开采实验结果及麦所雅哈开采实例进行拟合分析,并与现有软件TOUGH2的模拟结果进行对比,从而验证软件的可行性。针对不同类型的水合物藏进行降压开采,对比分析得出有下覆气层的水合物藏降压开采较容易;以无下覆气层或水层水合物藏为例,采用降压、注热联合开采模拟计算,分析产气规律及温度、压力、饱和度分布,进而对比单独降压与联合开采效果,结果表明联合开采效果更好。在此基础上,利用软件对影响水合物藏开采的地层参数和开采参数进行敏感性分析,计算结果表明:地层初始温度越高,渗透率越大,初始水合物饱和度越小,砂岩导热系数越大,井底压力越低,注热温度越高,产出速度越快,且影响较大。另外,注热开采时需选择合理的注热温度和注热速度。