一种注热-压裂-降压联合开采海域天然气水合物的方法技术

本发明专利技术公开了一种注热

【技术实现步骤摘要】
一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法


[0001]本专利技术涉及天然气水合物资源开发
，尤其涉及一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法。

技术介绍

[0002]由于社会的发展和人口日益增多，人们对能源的需求每年都在增加，天然气水合物作为一种具有巨大开发潜力的能源资源，受到了世界各国政府、能源企业和相关科研院所的广泛重视。中国、美国、日本、韩国、印度、欧盟等国家或地区相继设立了水合物发展计划和有关科研项目，以资助开展水合物的相关研究，包括基础物性、水合物含油气系统理论、地质勘探、原地资源量评估、开采方法、水合物分布区潜在地质灾害等研究工作，并在科学理论、技术开发、装备研发、工程建设环境影响评价等多个方面取得了突破性成果。
[0003]天然气水合物矿藏一般分布在陆地的永久冻土区、海洋中的大陆架和湖泊的沉积物中。目前常见的几种开采方式绝大部分是通过改变天然气水合物的相态平衡来达到开采的目的，主要包括以下几种方法：（1）降压；（2）热刺激；（3）注抑制剂；（4）二氧化碳置换；（5）固体流化开采。降压法由于其经济高效，是目前被认为最可行的水合物藏开采方法。截止目前，全球范围内已有多个国家进行了多次现场水合物试采，我国是唯一同时成功实施海域和陆域试采，且首次实现泥质粉砂型水合物储层试采的国家。尽管全球已有多次水合物试采经验，但是要实现水合物长期、安全和高效商业化开发利用的目标仍存在诸多挑战。
[0004]据自然资源部预测，我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量，是我国重要战略接替能源之一，其高效开发对我国建设海洋强国、保障国家能源安全意义重大。与其他国家砂岩型储集层不同，我国南海天然气水合物储层以泥质细粉砂为主，具有未成岩、渗透率低、胶结性差等特点，开采难度更大。试采单井日产气量低，稳产时间短，仅仅依靠传统的降压法无法达到商业化开采的经济门槛，必须探索新型增产模式，调控储层渗流能力，达到提高单井产量的目的。单一降压或热刺激方法往往无法达到产气需求，使用组合方法具有较好的经济可行性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法。本专利技术基于天然气水合物三场耦合数值模拟方法，建立注热
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压裂
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降压联合开采模型，采用五点井网方法对海域水合物储层进行开发，分析单降压生产、降压
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注热联合开采、注热
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压裂
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降压联合开采等方案的产气量以及产气速率，对比三种方案的优劣性以及可行性；同时，分析不同生产因素对产气量的影响和规律。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法，包括如下步骤：S1、基于海域低渗透天然气水合物储层的钻井、测井、地震资料，建立天然气水合物储层地质模型，并进行网格划分，水力裂缝附近区域进行网格加密处理；
S2、对地质模型的渗流场、温度场和化学场进行分析，构建质量守恒方程、能量守恒方程、天然气水合物分解动力学方程和天然气水合物生成动力学方程，建立三场耦合开发天然气水合物的数值模拟模型。
[0007]可选地，还包括对注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法进行数值模拟研究和影响因素分析，明确不同生产因素对产能的影响，分析降压生产、降压
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注热联合开采、注热
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压裂
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降压联合开采三种模式的增产效果。
[0008]可选地，步骤S2中，水合物反应过程遵守质量守恒定律，所述质量守恒方程为：其中，k为组分标识，本方程中表示为g、w、h，下标g、w、h分别代表甲烷、水和水合物；M表示为各组分的质量累积项，kg/m3；F为组分k的质量通量，kg/(m2·
s)；q代表源汇项；甲烷的质量守恒方程为：水的质量守恒方程为：水合物的质量守恒方程为：其中，为流速，m/s；为水合分解或生成引起的质量变化，kg/(m3·
s)；为密度，kg/m3；S为相饱和度；为固有孔隙度；为井的产气率，m3/s；为井的产水率，m3/s。
[0009]可选地，步骤S2中，所述能量守恒方程为：其中，为流速，m/s；为密度，kg/m3；为相饱和度；为各相的焓，下标s、h、g和w表示岩石骨架、水合物、气体和水，J/mole；为水合物分解或生成需要的热量，J/(m3·
s)；基于体积平均的方法描述热传导方程为：其中，为孔隙度，为热传导率，其中，为沉积物的有效热传导率，为岩石热传导率，J/(m
·
s
·
K)。
[0010]水合物的生成与分解为甲烷与水的可逆反应，水合物分解和生成的过程为：可选地，步骤S2中，基于Kim
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Bishnoi模型，天然气水合物分解动力学方程为：其中，为水合物浓度，gmole/m3；为水合物分解速率常数，gmole/(day
·
kPa
·
m2)；为单位体积水合物表面积，m2/m3；为平衡压力，kPa；为气相压力，kPa；水合物分解速率常数为：其中，为水合物分解反应频率因子，gmole/(day
·
kPa
·
m2)；为气体常数，J/(mole
·
K)；为活化能，J/mole；单位体积水合物表面积为：为：天然气水合物分解动力学方程表示为：其中，为一定压力和温度下的水合物平衡值；为气体常数，J/(mole
·
K)；为水合物颗粒的比表面积，m2/m3；为相饱和度，下标g、w和h分别代表气体、水和水合物；为水合物分解速率常数，；为密度，kg/m3。
[0011]可选地，步骤S2中，天然气水合物生成动力学方程为：其中，为水合物浓度，gmole/m3；为水合物生成速率常数，gmole/(day
·
kPa
·
m2)；为单位体积水合物表面积，m2/m3；为平衡压力，kPa；为气相压力，kPa；生成速率常数定义为：其中，为水合物生成反应频率因子，gmole/(day
·
kPa
·
m2)；
单位体积水合物表面积为：为：天然气水合物生成动力学方程表示为：。
[0012]可选地，对注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法进行数值模拟研究和影响因素分析的步骤，包括：采用五点井网法，水合物储层分为上、下盖层和水合物层，生产井位于水合物层中心，四口注水井分布在水合物层四个角处，裂缝区域位于生产井两侧，整体x和y方向为0.001 m
×
100 m，z方向贯穿整个水合物层。
[0013]可选地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立天然气水合物储层地质模型，并进行网格划分，在水力裂缝区域进行网格加密；S2、对地质模型的渗流场、温度场和化学场进行分析，构建质量守恒方程、能量守恒方程、天然气水合物分解动力学方程和天然气水合物生成动力学方程，建立三场耦合开发天然气水合物的数值模拟模型，利用数值模拟方法对注热
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压裂
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降压联合开采效果进行预测分析。2.如权利要求1所述的一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法，其特征在于，还包括对注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法进行数值模拟研究和影响因素分析。3.如权利要求2所述的一种注热
‑
压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法，其特征在于，步骤S2中，所述质量守恒方程为：其中，k为组分标识，本方程中表示为g、w、h，下标g、w、h分别代表甲烷、水和水合物；M表示为各组分的质量累积项，kg/m3；F为组分k的质量通量，kg/(m2·
s)；q代表源汇项；甲烷的质量守恒方程为：水的质量守恒方程为：水合物的质量守恒方程为：其中，为流速，m/s；为水合分解或生成引起的质量变化，kg/(m3·
s)；为密度，kg/m3；S为相饱和度；为固有孔隙度；为井的产气率，m3/s；为井的产水率，m3/s。4.如权利要求3所述的一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法，其特征在于，步骤S2中，所述能量守恒方程为：其中，为流速，m/s；为密度，kg/m3；为相饱和度；为各相的焓，下标s、h、g和w表示岩石骨架、水合物、气体和水，J/mole；为水合物分解或生成需要的热量，J/(m3·
s)；基于体积平均的方法描述热传导方程为：其中，为孔隙度，为热传导率，其中，为沉积物的有效热传导率，为岩石热传导率，J/(m
·
s
·
K)。5.如权利要求4所述的一种注热
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压裂
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降压联合开采海域天然气水合物的方法，其特征在于，步骤S2中，基于Kim
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Bishnoi模型，天然气水合物分解动力学方程为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建春，孙伟，秦婳婷，李航宇，王晓璞，刘树阳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：