天然气水合物藏分解前缘研究

摘要

分解前缘的移动与水合物藏的开采动态密切相关，并且在水合物藏的开采过程中，分解前缘将水合物藏分为分解区和水合物区，两个区域的流体物性和储层稳定性等存在明显差异，所以水合物藏开采过程中分解前缘的移动规律研究具有重要意义。　　本次研究利用数值模拟及实验的方法对多种机理作用下的分解模式和分解前缘移动特征进行了研究，并对影响分解前缘移动的不同控制机理进行了解耦分析，分别针对流动控制、分解控制、传热控制、流动-分解控制、流动-传热控制和流动-传热控制建立了分解前缘移动的预测模型，根据模型的计算结果提出了一套利用特征时间的取值对不同控制机理进行判别的方法，最后利用实验研究、数值模拟以及理论分析的方法对影响分解前缘移动的参数进行了敏感性分析。　　数值模拟的研究结果表明，分解模式及分解前缘的移动特征是流动、传热和水合物分解等多种控制机理共同作用的结果：当水合物藏为流动控制时，形成活塞式分解前缘，分解前缘移动曲线的拟合幂指数介于0.5~1；当水合物藏为传热控制时，形成活塞式分解前缘，分解前缘移动曲线的拟合幂指数约为0.5；当水合物藏为分解控制时，形成扩展型非活塞式分解前缘，分解前缘移动速率在后期增大；当水合物藏为流动和传热共同控制并且流动控制的作用更强时，形成稳定型非活塞式分解前缘，分解前缘移动曲线具有线性的特征；当水合物藏为流动和传热共同控制并且传热控制的作用更强时，形成扩展型非活塞式分解前缘，分解前缘移动速率后期增大；当水合物藏为流动和分解共同控制并且流动控制的作用更强时，形成稳定型非活塞分解前缘，分解前缘移动曲线呈现线性的特征；当水合物藏为流动和分解控制并且分解控制作用更强时，形成扩展型非活塞式分解前缘，分解前缘移动速率后期增大；当水合物藏为传热和分解共同控制并且传热控制作用更强时，形成稳定型非活塞式分解前缘，分解前缘移动速率曲线的拟合幂指数介于0.5~1，并且更接近0.5；当水合物藏开采过程为分解控制和传热控制共同作用，并且分解控制的作用更强时，形成扩展型非活塞式分解前缘，分解前缘移动速率曲线的拟合幂指数介于0.5~1，并且更接近1。在实验所研究的参数范围内，一维填砂模型监测到分解前缘移动曲线基本呈线性，二维平板模型得到的分解前缘移动速率逐渐降低，根据数值模拟的研究结果推测，一维模型受到分解和流动控制共同作用，并且流动控制的作用更强，二维模型受到分解和传热控制共同作用，并且传热控制的作用更强。　　解耦分析发现，分解前缘的移动规律在不同控制机理的作用下具有很大差别，所以水合物藏控制机理的判别对于分解前缘移动的预测非常重要，可以利用特征时间的相对大小对不同的控制机理进行判别，流动控制的特征时间为气相流过整个水合物藏所需时间，分解控制的特征时间为单位体积水合物藏中水合物完全分解所需要的时间，传热控制的特征时间为单位长度水合物藏内的热能通过单位面积的水合物藏经气相热扩散传递所需要的时间。　　通过对影响分解前缘移动速率的参数进行敏感性分析发现，注热开采实验中，敏感性较大的参数为初始水合物饱和度、绝对渗透率、注热水温度以及注热水速率，敏感性较小的参数为水合物藏初始温度和注热水盐度；10m水合物藏注热驱替数值模拟中，敏感性较大的参数为初始水合物饱和度、注热水温度、注热水速率以及生产压力，敏感性较小的参数为水合物藏初始温度和绝对渗透率；降压+井筒加热理论模型分析中，敏感性较大的参数为井筒加热温度、分解区导热系数、初始温度和分解区比热容，其次是生产压力，敏感性较小的是孔隙度、水合物区导热系数以及水合物区比热容；水合物藏注热水开采过程中，绝对渗透率对于尺寸较小的水合物藏的敏感度较大，而对于尺度较大的水合物藏不太敏感；水合物藏初始温度对于注热开采法的敏感度较小，而对降压+井壁加热开采法的敏感度较大。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题来源与研究目的及意义

1.1.1 课题来源

1.1.2研究目的及意义

1.2 分解前缘研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3研究现状总结

1.3 研究目标及内容

1.3.1 研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

第二章 分解模式与分解前缘的移动特征研究

2.1 分解模式及分解前缘移动特征

2.2 分解模式及分解前缘移动特征的数值模拟研究

2.2.1 数值模拟器介绍

2.2.2 HRS中数学模型

2.2.3软件验证

2.2.4 方案设计与结果分析

2.3 分解模式及分解前缘移动特征的实验研究

2.3.1 实验仪器及流程

2.3.2分解前缘监测原理

2.3.3实验结果

2.4 本章小结

第三章 分解前缘移动的解耦分析

3.1 分解控制

3.1.1模型假设

3.1.2 数学模型

3.1.3结果分析

3.2 流动控制

3.2.1模型假设

3.2.2数学模型

3.2.3结果分析

3.3 传热控制

3.3.1模型假设

3.3.2数学模型

3.3.3结果分析

3.4 分解-流动控制

3.4.1 模型假设

3.4.2数学模型

3.4.3结果分析

3.5 分解-传热控制

3.5.1 模型假设

3.5.2 数学模型

3.5.3结果分析

3.6 流动-传热控制

3.6.1 模型假设

3.6.2 数学模型

3.6.3 结果分析

3.7 本章小结

第四章 不同控制机理的判别方法研究

4.1 控制机理及无因次数的研究

（1）水合物藏控制机理的研究成果总结

（2）无因次数在水合物藏研究中的应用

4.2 水合物藏开采中无因次数的推导

4.2.1 数学模型

4.2.2 数学模型的无因次数化

4.2.3 利用特征时间对控制机理界限进行划分

4.3 本章小结

第五章 分解前缘移动速率影响因素敏感性研究

5.1 分解前缘移动速率影响因素敏感性实验研究

5.2 分解前缘移动速率影响因素敏感性数值模拟

5.3 分解前缘移动速率影响因素敏感性理论分析

5.3.1 理论模型介绍

5.3.2 方案设计与结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间获得的学术成果

致谢