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开采天然气水合物储层的热能油藏模拟模型

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开采 天然气 水合物 热能 油藏 模拟 模型
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国 外 油 田 口 二 卑 兔 汉些 参 数 的 计 算 使 用 了 一 个 内 置 的 压力 一 体 积 一 温 度 程 序 包 。 计 算 所 得的 水 合 物 特 性 与 文 献 中 记 载 的 水 合物 相 位 动 态 特 征 相 当 吻 合 。在 热 动 力 模 型 中 , 用 于 计 算 相位 特 性 的 全 部 气 体 成 分 均 总 结 于 表中 。 该 混 合 物 的 热 动 力 特 性 是 使用 一 标 准 的 内 部 相 平 衡 程 序 包 来 计算 的 。, 初 始 化模 型 使 用 了 一 温 度 深 度 关 系表 , 其 初 始 地 热 梯 度 值 为压 力 梯 度 是 在 油 藏 一 定 压 力 和温 度 下 从 相 位 密 度 中 得 到 的 , 油 藏初 始 压 力 为 , 基 准 面 深 度 为海 底 以 下 。 水 合 物 稳 定 区域 的 底 部 或 水 合 物 顶 接 触 点 是 在 海底 以 下 。 在 水 合 物 顶 气 体模 型 中 , 油 藏 初 始 气 体 体 积 是衬 , 其 中 科 护包 含 在 水 合 物 顶 中 。 地 下 水 合 物 体积 是 护 扩 。 油 藏 中 游 离 水体 积 主 要 是 含 气 部 分 的 共 生 水是 衬 。初 始 化 过 程 并 不 是 基 于 静 水 压力 平 衡 基 础 上 的 。 相 饱 和 度 是 直 接分 配 给 网 格 块 的 , 而 且 饱 和 之 后 ,固 态 水 合 物 就 处 于 静 止 状 态 , 且 只有 通 过 溶 解 作 用 才 能 转 化 为 油 藏 动力 。 初 始 化 后 , 模 型 在 无 产 量 的 情况 下 运 行 年 , 以 使 压 力 得 到 平衡 。 在 目 前 的 模 型 中 , 因 为 地 热 能通 量 并 没 有 合 并 , 因 而 温 度 平 衡 可能 会 抵 消 地 热 梯 度 。 为 避 免 该 现 象的 发 生 , 模 型 中 不 得 不 考 虑 从 岩 心到 地 表 的 能 通 星 。, 压 实地 层 压 缩 系 数 在 油 藏 模 拟 器 中为 孔 隙 体 积 压 缩 系 数 , 因 此 这 仅 仅能 解 释 油 藏 孔 隙 体 积 的 压 实 , 而 不能 解 释 沉 降 效 果 。 压 实 被 假 定 为 与压 力 线 性 相 关 。 注 意 到 , 越 复 杂 的相 关 性 可 能 就 越 接 近 现 实 , 但 因 为缺 少 实 际 数 据 , 只 能 使 用 简 单 的 假设 。 然 而 , 接 近 于 海 底 的 可 能 十 分松 散 的 压 实 油 藏 砂 岩 中 , 考 虑 一 些形 式 的 压 实 是 十 分 重 要 的 。油 井 模 型水 平 井 水 平 端 面 在 深处 , 长 度 为 , 在 处 射孑 。该 模 拟 器 允 许 考 虑 不 同 的 井 效应 , 这 些 在 当 前 的 调 查 研 究 中 均 被忽 略 掉 , 因 为 它 们 的 影 响 相 对 较 小且 缺 乏 可 靠 的 数 据 。 这 些 效 应 的 实例 是 非 达 西 表 皮 效 应 和 井 中 紊 流 压降 。 模 拟 器 中 垂 直 断 面 上 的 纵 向 流动 特 性 和 压 降 是 通 过 自 喷 油 压 为的 举 升 曲 线 或 最 小 井 底 流 压限 制 为 来 表 示 的 。所 能 允 许 的 最 大 井 生 产 率 为护 , 这 需 要 在 初 始 油 藏条 件 下 的 几 巴 的 压 差 。 忽 略 水 平 井柱 中 的 紊 流 压 降 , 则 油 井 生 产 量 与水 平 断 面 的 长 度 成 线 性 函 数 关 系 。若 想 达 到 这 样 的 速 率 , 则 需 要 安 装管 。 一 般 来 说 , 开 采 速 率 应 接近 扩 , 才 能 使 这 样 的 开发 在 经 济 上 是 可 行 的 。 压 力 在 一 般情 况 下 是 很 低 的 , 如 果 希 望 水 合 物再 气 化 起 重 要 的 作 用 , 则 必 须 使 用尽 可 能 大 的 油 管 和 直 径 尽 可 能 大 的水 平 管 段 。水 合 物 在 电 离 过 程 中 , 大 量 的水 将 成 为 流 动 水 。 因 为 在 这 些 油 藏中 垂 直 渗 透 率 可 能 相 对 较 大 , 所 以可 能 发 生 气 水 重 力 分 离 , 而 且 生产 井 中 仅 会 产 生 一 小 部 分 流 动 水 。因 为 温 度 很 低 , 气 态 相 中 水 的 分 压也 会 很 低 , 因 此 , 气 态 相 中 产 生 的水 量 会 很 少 。原 则 上 , 产 气 井 中 的 温 度 可 以应 用 标 准 井 动 态 程 序 计 算 出 来 。 我们 可 以 应 用 的 程 序 不 适 合 预 测 能 发生 水 合 物 离 解 区 域 的 温 度 , 因 此 ,井 周 围 的 温 度 不 得 不 在 油 井 模 拟 器中 模 拟 。在 低 压 油 藏 中 若 想 获 得 最 大 的油 流 , 多 边 井 可 能 会 通 过 增 加 对 气体 流 人 开 放 的 有 效 并 长 并 同 时 减 小气 体 必 须 流 过 的 管 道 的 长 度 来 提 供这 种 可 能 性 。四 、 模 拟 生 产 选 项油 藏 模 拟 模 型 的 重 要 作 用 是 模拟 和 屏 蔽 生 产 选 项 。 在 水 合 物 或 水合 物 顶 气 体 开 发 中 , 井 的 空 间 配 置和 完 井 对 于 开 采 过 程 的 成 功 与 否 起着 非 常 重 要 的 作 用 。 注 水 井 和 生 产井 的 最 优 化 方 式 设 计 是 非 常 重 要的 , 这 样 油 藏 能 量 就 可 以 守 恒 , 而且 排 水 量 达 到 最 大 。我 们 首 先 模 拟 从 水 合 物 层 下 开采 气 体 的 相 对 简 单 的 情 形 。 使 用 水平 井 通 常 会 比 使 用 垂 直 生 产 井 获 得的 产 量 大 得 多 , 它 有 两 方 面 的 好处 在 相 同 的 压 降 下 , 水 平 井 允 许较 大 的 流 速 , 并 且 它 们 能 够 增 加 油藏 接 触 体 积 , 因 而 也 就 使 能 够 分 解的 水 合 物 的 体 积 增 大 。五 、 水 合 物 顶 天 然 气藏 的 衰 竭一 恒 定 的 天 然 气 生 产 率少 衬 保 持 了 年 , 然 后 达 到 了最 小 井 底 流 动 压 力 , 之 后 ,油 井 的 产 量 呈 急 剧 下 降 趋 势 。 在 这一 时 期 内 , 油 藏 压 力 几 乎 呈 线 性 地从 下 降 到 , 并 没 有 从水 合 物 的 离 解 中 获 得 相 当 大 的 压 力支 持 。 由 于 膨 胀 气 的 焦 耳 一 汤 姆 逊冷 却 作 用 在 常 规 天 然 气 井 也 能 观察 到 的 一 种 现 象 , 井 的 井 底 流 动温 度 , 下 降 了 大 约 。 当井 的 产 气 量 下 降 , 只 有 少 量 的 气 体膨 胀 时 , 冷 却 作 用 将 会 降 低 , 井 底流 动 温 度 的 下 降 将 消 失 。焦 耳 一 汤 姆 逊 冷 却 效 应 的 早 期分 析 计 算 表 明 有 十 分 之 几 称 的压 降 , 这 与 当 前 的 枚 拟 结 果 一 致 。生 产 井 周 围 的 压 降 并 不 能 延 伸至 水 合 物 层 。 因 为 在 水 合 物 顶 天 然气 的 枯 竭 模 型 中 , 水 合 物 顶 被 假 定为 完 全 密 封 , 因 而 不 能 传 输 压 力 的谭 忠 兵 等 开 采 天 然 气 水 合 物 储 层 的 热 能 油 藏 模 拟 模 型变 化 。 油 藏 中 的 压 力 分 配 是 由 渗 透率 模 式 决 定 的 , 在 这 种 情 况 下 被 认为 是 均 质 的 和 各 向 同 性 的 。正 如 所 预 想 的 , 模 型 中 存 在 一个 区 域 , 在 该 区 域 内 , 水 合 物 因 水合 物 层 下 气 体 体 积 的 压 力 降 低 而 分解 。 在 离 解 发 生 的 地 方 , 热 量 是 从周 围 地 层 中 吸 取 的 , 冷 却 效 应 显 示为 模 型 中 的 较 低 的 地 热 温 度 带 。 温度 的 下 降 反 过 来 会 限 制 天 然 气 一 水合 物 边 界 的 分 离 过 程 , 再 一 次 证 明了 在 压 力 递 减 条 件 下 , 水 合 物 分 解的 速 度 受 进 人 油 藏 中 的 热 量 所 限制 。模 拟 表 明 , 尽 管 模 型 中 包 含 了大 量 的 储 存 在 直 接 位 于 油 藏 下 储 层的 热 量 , 一 生 产 中 的 水 合 物 顶 天 然气 藏 的 水 合 物 顶 分 解 速 度 将 会 由 于天 然 气 一 水 合 物 边 界 的 冷 却 作 用 而有 所 下 降 。 这 就 进 一 步 证 明 了 在 压力 减 小 情 况 下 顶 部 盖 层 会 分 解 的 观点 。模 拟 还 表 明 , 在 油 藏 的 开 采 期内 地 层 中 的 热 传 导 太 慢 , 因 而 不 能分 解 水 合 物 顶 。 可 以 预 测 , 水 合 物顶 的 渗 漏 大 体 上 都 是 自 封 的 , 因 为水 合 物 顶 将 存 在 于 水 合 物 稳 定 区 至海 底 范 围 内 。 这 种 效 应 在 生 产 井 周围 也 将 起 重 要 的 作 用 , 并 能 减 小 生产 井 周 围 大 量 水 合 物 溶 化 的 危 险 性 。六 、 开 采 固 态 水 合 物 层况 , 建 立 了 一 个的 区 块 , 区 块 的 孔 隙 系 统 中 充 满了 水 合 物 孔 隙 度 为 。 一 水平 生 产 井 横 穿 区 块 的 长 度 , 如 果 需要 注 水 , 则 模 型 中 的 生 产 井以 下 有 一 水 平 注 水 井 。生 产 井 周 围 的 冷 却 和 垂 直 生 产井 的 热 注 就 像 一 种 对 于 生 产 井 的 热能 锥 形 效 应 一 样 。 该 效 应 是 由 稍 微冷 却 的 气 体 从 冷 却 区 向 上 朝 井 移 动引 起 的 。模 拟 这 种 情 况 的 一 个 主 要 问 题是 正 确 模 拟 水 的 流 动 度 。如 果 水 合 物 分 解 并 有 大 量 水 通过 储 层 , 则 将 会 有 水 产 生 。 很 显然 , 被 举 升 的 体 积 在 很 大 程 度 上 取决 于 水 相 的 相 对 渗 透 率 以 及 地 层 的垂 直 渗 透 率 与 水 平 渗 透 率 的 比 。 特别 是 , 如 果 补 充 水 以 水 蒸 汽 的 形 式或 以 热 水 的 方 式 注 人 , 则 对 于 从 水合 物 层 开 采 , 井 底 气 水 分 离 几 乎是 不 可 避 免 的 。最 终 将 需 要 实 验 室 实 验 、 就 地测 量 、 测 井 和 试 井 来 提 供 数 据 , 以便 为 这 种 特 殊 情 况 建 立 可 靠 的 模型 。, 模 型 中 的 相 分 布固 态 水 合 物 模 型 的 初 始 化 要 求对 含 水 合 物 层 的 相 分 布 进 行 假 设 。表 给 出 了 可 能 会 发 生 的 情 况 的 综述 。因 为 我 们 主 要 研 究 海 底 水 合 物表 相 存 在 与 孔 隙 体 系 的 流 动 性的 发 生 情 况 , 因 而 包 含 冰 的 情 况 没有 进 一 步 考 虑 。 在 其 余 的 几 种 情 况中 , 所 有 相 均 存 在 的 情 况 似 乎 是 最有 说 服 力 , 我 们 在 孔 隙 系 统 中 建 立了 一 个 包 含 水 合 物 、 气 态 、 液 态 的模 型 。 在 该 模 型 中 , 流 动 气 和 水 出现 在 水 合 物 稳 定 区 。 在 损 耗 情 况 下也 使 用 了 相 同 类 型 的 相 和 成 分 , 例如 , 油 藏 中 的 气 态 相 、 固 态 水 合 物相 和 液 态 相 , 均 由 两 种 烃 类 成 分 和水 组 成 。 这 里 定 义 了 相 对 渗 透 率 ,以 便 气 体 和 水 流 向 低 饱 和 区 。 水 合物 是 不 可 移 动 的 。 模 型 中 的 热 含 量被 看 作 是 一 种 成 分 , 和 其 他 成 分 一样 包 含 在 相 态 中 。为 研 究 固 态 水 合 物 的 开 采 状七 、 一 种 注 水 情 况 的 结 论该 模 型 中 , 水 平 注 水 井 的 顶 部具 有 一 水 平 生 产 井 , 并 假 设 向 地 层中 注 人 了 水 蒸 汽 。 结 果 表 现 的 各 种不 同 的 现 象 如 下 所 述以 恒 定 速 率 生 产 的 井 大 约 在 生产 天 之 后 开 始 呈 下 降 趋 势 , 此时 井 底 流 压 达 到 最 小 。 应 该 注 意到 , 此 时 刻 是 模 型 中 所 含 气 体 体 积的 直 接 作 用 , 井 眼 周 围 的 扩 张 冷 却结 束 并 且 井 底 温 度 趋 于 稳 定 。注 水 井 开 始 运 转 , 生 产 量 下 降情 况 停 止 。 生 产 井 中 的 气 体 和 水 最再 次 增 加 。井 中 水 和 气 体 的 产 量 由 于 举 升限 制 而 稳 定 。情情 况况 水 合 物物 水水 游 离 气气 冰冰 事 件件 结 果果水 合 物物物物物 孔 隙 体 积 充 满 固 态 水 合 物物 无 流 动 液 体体水 合 物物 十 水水水水 类 似 于 水 合 物 是 由 通 过 水 合 物物 无 流 动 气 体 如 果 没 有 毗 邻 井 提提稳稳稳稳稳稳稳 定 区 的 含 水 层 的 渗 透 气 产 生生 供 能 量 , 井 将 不 会 流 通通的的的的的的的 情 况况况水 合 物物物 气气气 如 果 气 体 是 就 地 产 生 的 , 并 且且 无 流 动 水 通 过 抽 取 气 体 , 大 量量数数数数数数数 量 超 过 了 消 耗 所 有 孔 隙 水 所所 的 水 合 物 将 由 于 低 压 力 而 分 解解需需需需需需需 要 的 量 , 将 会 有 这 种 情 况况况水 合 物物物物 冰冰 这 种 情 况 将 会 发 生 在 具 有 水 冻冻冻层层层层层层层 的 北 极 地 区区区水 合 物物 水水 气气气 如 果 烃 类 成 分 出 现 在 气 体 相 中 , 除 固 态 水 合 物 外 的 另 两 种 流 动 相相而而而而而而而 水 合 物 晶 格 中 却 没 有 其 空 间 ,则则则则则则则 将 会 发 生 这 种 情 况况况水 合 物物物 气气 冰冰 在 冰 点 以 下 , 其 余 同 上国 外 油 田 口 二 在由 于 气 体 的 流 动 性 和 良 好 的 渗透 性 , 模 型 中 的 井 底 压 力 是 总 的 油藏 压 力 的 近 似 反 映 。压 力 在 最 小 井 底 流 压 处 达 到 稳定 。生 产 井 的 井 底 温 度 首 先 由 于 扩张 冷 却 而 降 低 , 然 后 在 生 产 量 很 低处 达 到 稳 定 , 最 后 当 热 注 液 突 破 生产 井 时 增 加 。具 有 上 覆 注 水 井 的 生 产 井 的 生产 特 性 为井 以 恒 定 的 速 率 生 产 , 约 生 产天 之 后 呈 下 降 趋 势 。 井 眼 周 围的 扩 张 全 部 冷 却 然 后 停 止 , 井 底 温度 达 到 稳 定 。注 水 井 开 始 运 转 , 生 产 量 下 降情 况 停 止 。 生 产 井 中 产 气 和 产 水 量再 一 次 增 加 , 气 体 产 量 将 达 到 短 期顶 峰 。当 水 的 前 缘 , 包 括 水 合 物 分 离产 生 的 水 , 到 达 生 产 井 时 , 生 产 井的 产 水 量 增 加 至 扩 , 暂 时 高于 注 水 量 。模 型 中 井 的 井 底 流 压 是 油 藏 总体 压 力 的 近 似 反 应 。 这 表 明 了 由 于衬 的 产 气 量 而 导 致 的 线 性压 力 下 降 。压 力 在 最 小 流 压 处 达 到 稳 定 。与 前 面 所 提 到 的 注 水 情 况 相同 , 生 产 井 中 的 井 底 温 度 先 是 由 于扩 张 冷 却 而 下 降 , 然 后 在 生 产 量 很低 处 达 到 稳 定 , 最 后 在 突 破 热 前 缘后 , 温 度 稳 定 在 热 注 温 度 以 下 。在 生 产 井 的 气 窜 和 水 窜 发 生后 , 气 体 和 水 的 产 量 也 达 到 稳 定 。由 于 弯 状 的 几 何 结 构 , 模 型 中水 合 物 层 的 流 动 气 与 下 面 的 游 离 气压 力 相 关 。 因 为 这 个 原 因 , 模 型 中水 合 物 顶 气 体 情 况 的 损 耗 效 应 也 是可 见 的 , 特 别 是 由 于 水 合 物 和 水 合物 顶 气 藏 间 的 边 界 层 的 水 合 物 分 离而 导 致 的 冷 却 效 应 。积 层 的 气 体 渗 透 来 模 拟 水 合 物 层 。在 模 型 中 , 气 体 是 通 过 储 层 底 部 的口 井 注 人 的 。 尽 管 模 型 只 是 一 个粗 略 的 近 似 , 但 还 是 形 成 了 水 合 物层 。 最 终 能 否 形 成 有 效 的 水 合 物 顶还 没 被 模 拟 出 。 在 对 芯 部 材 料 所 进行 的 实 验 室 试 验 中 , 得 到 了 一 个 具有 致 密 的 水 合 物 封 顶 地 层 , 它 具 有。 厚 的 水 合 物 顶 且 可 以 承 受压 差 。九 、 讨 论, 进 一 步 的 工 作 需 求作 为 这 种 模 拟 器 的 一 个 输 人 的油 层 参 数 , 通 常 对 普 通 的 油 气 藏 也是 可 用 的 。 为 获 得 气 体 水 合 物 和 水合 物 顶 油 藏 的 精 确 模 型 , 需 要 一 专用 的 实 验 室 和 油 田 数 据 采 集 程 序 来获 得 以 下 参 数油 藏 水 合 物 顶 的 渗 透 率 ,决 定 了 油 藏 的 流 动 性 和 井 产 量 。水 合 物 中 气 体 和 水 的 相 对渗 透 率 。水 合 物 地 层 的 热 传 导 率 。水 合 物 地 层 的 热 容 。地 层 中 水 合 物 分 解 的 离 解速 度 速 率 。〕 压 实 参 数 , 特 别 是 油 藏 的孔 隙 体 积 压 缩 系 数 。井 的 热 能 和 压 力 特 性 , 包括 理 论 描 述 和 油 田 实 际 测 量 。在 油 藏 标 度 的 模 型 刻 度 下可 靠 的 生 产 数 据 , 包 括 作 为 时 间 函数 的 流 速 、 压 力 和 温 度 。试 井 数 据 。模 型 局 限 性这 里 所 模 拟 的 动 态 特 性 是 在 天然 气 水 合 物 开 采 中 起 重 要 作 用 的 一些 过 程 的 概 念 模 型 的 基 础 上 进 行的 。 表 中 所 描 述 的 孔 隙 系 统 中 特殊 的 相 态 和 流 动 性 是 个 关 键 的 参数 , 应 该 从 岩 心 和 实 验 室 研 究 中 决定 。选 择 流 动 水 的 一 个 结 果 就 是 不需 用 水 力 压 裂 裂 缝 来 模 拟 注 水 。 而在 实 际 注 人 情 况 中 可 能 会 发 生 裂缝 , 这 时 就 应 将 岩 石 力 学 考 虑 在内 。另 一 种 可 能 会 自 然 发 生 的 情 况是 水 合 物 没 有 包 含 在 具 有 既 有 的 自支 承 孔 隙 系 统 的 坚 实 地 层 中 。 当 水合 物 被 移 走 时 , 将 极 大 地 改 变 构 成和 压 实 物 。 这 种 情 况 不 能 用 所 描 述的 、 基 于 强 孔 隙 系 统 的 液 体 达 西 流动 的 模 拟 器 模 拟 。最 后 , 对 该 注 人 情 况 所 应 用 的模 型 是 一 个 简 单 的 横 剖 面 。 在 实 际情 况 中 , 油 层 的 集 合 形 状 也 会 起 很重 要 的 作 用 。十 、 结 论这 里 所 应 用 的 模 拟 器 并 不 具 有使 其 更 适 合 水 合 物 模 拟 的 特 殊 变更 。 任 何 具 有 合 适 的 处 理 的热 能 模 拟 器 如 使 用 值 都 能够 进 行 成 功 的 模 拟 。 获 得 正 确 的输 人 需 要 一 个 合 适 的 特性 模 拟 程 序 包 。通 过 水 平 井 模 拟 水 合 物 顶 天 然气 储 层 的 溶 解 显 示 了 在 这 种 类 型 的油 层 中 井 眼 周 围 的 热 耳 一 汤 姆 逊 冷却 作 用 的 重 要 性 。由 于 水 合 物 顶 气 体 油 层 的 压 力递 减 而 引 起 的 水 合 物 顶 离 解 速 度 将会 由 于 天 然 气 一 水 合 物 交 界 的 冷 却作 用 而 降 低 。开 采 固 态 水 合 物 需 要 大 量 的 生产 井 、 大 量 水 处 理 以 及 大 量 的 能 昂输 人 。为 可 靠 地 模 拟 与 水 合 物 有 关 的油 藏 , ‘需 对 能 精 确 描 述 水 合 物 孔 隙系 统 中 天 然 气 水 合 物 的 分 配 及 天 然气 水 合 物 中 气 体 和 水 的 流 动 的 基 本数 据 进 行 测 量 。资 料 来 源 于 美 国 目 , 》以 年 月八 、 模 拟 油 藏 的 充 气模 拟 试 验 是 通 过 被 水 充 满 的 沉收 稿 日 期 卜 肠 一
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