天然气水合物降压与注热联合开采数值模拟

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高储量、高热值、无污染的天然气水合物是未来重要的战略资源,对其进行开采与利用是当下的研究热点。目前天然气水合物可利用的开采方法中最有前景及潜力的是降压法、注热法及二者联合法,同时国内外许多学者主要研究单一降压法、单一注热法、先降压后注热法和先降压后注热法等开采方法,但对降压与注热同时进行的联合法研究较少,故本文对水合物联合法开采过程进行研究,以期望可以对实际开采提供帮助。水合物开采主要通过实验仿真和数值模拟来进行研究。实验方面,主要从储层因素、降压因素、注热因素等不同方面来描述水合物开采过程,探究各种相关因素对生产动态的影响;模拟方面,主要通过建立涉及守恒方程、反应动力学方程等相关方程的数学模型来实现对水合物开采的数值模拟。故本文在他人联合法实验数据的基础上,利用流体动力学计算软件,建立包含质量、动量、能量守恒方程、反应动力学方程、渗透率方程及参数方程等的水合物联合法开采三维数学模型,结合编写的计算表达式,研究水合物初始饱和度、初始渗透率、渗透率下降指数、气液两相相对渗透率经验系数等储层因素及注热速度、注热温度、降压幅度等降压注热因素下的水合物联合法生产动态,分析生产过程中的压力及水合物、气体、水三相变化。通过对不同储层因素下水合物联合法开采的模拟,发现当储层初始渗透率越大时,储层压力水平越低,有利于生产井压的控制,在实际开采中应对水合物矿藏采取提高渗透率的措施;当渗透率下降指数和水相相对渗透率经验系数n_w值越大时,储层压力水平越高,不利于生产井压的控制,在实际选择水合物藏开采时应考虑水合物的赋存状态;水合物初始饱和度越大,反应时间越长,故要实现长期开采应选用较高的水合物初始饱和度。通过对不同降压注热因素下水合物联合法开采的模拟,发现降压幅度越大,压力传播越快,储层压力水平越低,有利于生产井压的控制,在实际开采中应选用合适的降压幅度;注热速率越大,注热温度越高,均可使水合物分解速率越大,反应时间越短,有利于快速产气,在实际开采中应选用合适的注热速率和注热温度。
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