【技术实现步骤摘要】
一种水合物地层固井过程高压气水反侵的判别方法
本专利技术涉及天然气水合物开发
,特别涉及一种天然气水合物地层固井过程高压气水是否反侵环空水泥浆的判别方法。
技术介绍
天然气水合物是由水分子和天然气分子(主要是CH4、C2H6、CO2等)在低温和高压条件下组成的似冰状非化学计量笼形化合物。由于具有资源储量大、主要燃烧产物环保无污染等优点,在能源、环境和全球气候变化中的重要意义使其成为当前地球科学和能源研究的一大热点。在深水油气钻遇水合物地层以及水合物储层开采过程中,固井是钻完井作业过程中一个重要环节,它包括下套管和注水泥,其主要目的是保护和支撑油气井内的套管,封隔油、气和水等地层。对于稳定井壁、固定套管和延长油气井生产寿命等方面具有重要意义。天然气水合物地层通常具有地层温度低和孔隙压力高的特点。同时,天然气水合物储层通常胶结性较差(甚至未胶结)、力学强度弱,且水合物所处的相平衡状态较为脆弱,轻微的温升就会导致水合物的分解并引发链锁反应。而在固井过程中,固井水泥浆的水化放热会引起近井壁一定范围内地层温度的升高,极易导致水合物的分解,从而形成局部高压游离气、水区域。而高压游离气和水在压差的驱动下易反向侵入水泥浆中,从而对水泥环的内部结构、力学强度、二界面胶结强度和储层封隔能力产生不利影响,甚至会导致二界面缩胀开裂、井壁垮塌、水气窜流和固井报废等严重钻井事故。因此,寻求一种针对该反向侵入是否发生的判别手段显得十分重要。由于水合物现场或室内试验成本高,技术难度大,耗时耗力,选取数值模拟方法对其进行研究更加 ...
【技术保护点】
1.一种水合物地层固井过程高压气水反侵的判别方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤1,建立水合物地层数值模型,水合物地层数值模型内应包含地层、套管、套管内部空间、套管与地层间的环状空间;/n步骤2,将水合物地层数值模型进行网格划分,划分为若干单元,若干单元之间可以进行物质交换,或是能量交换,或是物质及能量交换;/n步骤3,设计各项固井工艺参数的取值,取值根据实际地层情况及施工工况共同确定,采用该组固井工艺参数取值进行模拟试验,根据模拟试验的结果,判别该固井工艺参数下是否发生反侵。/n
【技术特征摘要】
1.一种水合物地层固井过程高压气水反侵的判别方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,建立水合物地层数值模型,水合物地层数值模型内应包含地层、套管、套管内部空间、套管与地层间的环状空间;
步骤2,将水合物地层数值模型进行网格划分,划分为若干单元,若干单元之间可以进行物质交换,或是能量交换,或是物质及能量交换;
步骤3,设计各项固井工艺参数的取值,取值根据实际地层情况及施工工况共同确定,采用该组固井工艺参数取值进行模拟试验,根据模拟试验的结果,判别该固井工艺参数下是否发生反侵。
2.根据权利要求1所述的判别方法,其特征在于:步骤1中水合物地层数值模型中包括:完整的地层物理性质参数,地层物理性质参数包括:地层孔隙压力、地层骨架密度、地层孔隙度、地层绝对渗透率、地层骨架比热容、地层导热系数、地层温度和地层孔隙水合物饱和度。
3.根据权利要求1所述的判别方法,其特征在于:步骤2中,若干单元之间的物质交换,或是能量交换,或是物质及能量交换,原理如下:
模型内的质量和能量守恒可通过有限体积积分差的方式来实现:
式中:V,Vn——体积,子域n的体积[L3];Mκ——组分κ的质量积累项[kgm-3];A,Γn——表面积,子域n的表面积[L2];Fκ——组分κ的达西通量向量[kgm-2s-1];n——向内单位法向量;qκ——组分κ的源/汇项[kgm-3s-1];t——时间[s];
β包含H(水合物相),A(液相),G(气相),I(冰相);
κ包含w(水),m(天然气),h(水合物),i(水溶性抑制剂),θ(热量);
其中:
①水合物相平衡曲线
式中:Pe为水合物相平衡压力,MPa;Te为相平衡温度,K;
②质量累计项Mκ
式中:——孔隙度;Sβ——相β的饱和度;ρβ——相β的密度[kg/m3];Xβκ——相β中组分κ的质量分数;
③热量累积项Mθ
式中:ρR——岩石密度[kgm-3];CR——干岩的热容[Jkg-1K-1];Uβ——相β的比内能[Jkg-1];Δ()——当前时间步长括号内的数量变化;ΔUH——水合物解离/形成的比焓[Jkg-1]
④流量项Fκ
水、甲烷和抑制剂的质量流量取决于液相和气相的变化,由于两个固相(β≡H,I)不会对流体流量产生影响,所以在采用动力学模型时,水合物组分经过所有单元边界时的质量流量为0;
液相:
式中:k——岩土体绝对渗透率[m2];krA——为液相的相对渗透率;μA——液相粘度[Pa·s];PA——液相压力[Pa];g——重力加速度矢量[m·s-2];
气相:
...
【专利技术属性】
技术研发人员:郑明明,王晓宇,王凯,周珂锐,吴喆,刘天乐,郑少军,李丽霞,
申请(专利权)人:成都理工大学,
类型:发明
国别省市:四川;51
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