天然氣水合物（NGH）被認(rèn)為是最具潛力的新能源之一,目前開采產(chǎn)能低成為制約其高效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難題.本文綜合考慮NGH相變、儲(chǔ)層孔滲物性變化、氣水兩相滲流等復(fù)雜開采機(jī)理,建立NGH降壓開采氣水兩相產(chǎn)能半解析模型,計(jì)算分析NGH降壓開采動(dòng)態(tài)和產(chǎn)能影響因素,并提出提高產(chǎn)能措施方向.研究結(jié)果表明,NGH降壓開采前期,分解前緣移動(dòng)速度較大,分解區(qū)域不斷擴(kuò)大,產(chǎn)氣、產(chǎn)水升高;隨著NGH的分解, NGH飽和度逐漸降低,產(chǎn)氣降低,產(chǎn)水也隨之下降;井底壓力、NGH分解速率常數(shù)、滲透率等因素對(duì)產(chǎn)氣速率影響較大,井底壓力越小、儲(chǔ)層滲透率及NGH分解速率常數(shù)越大,產(chǎn)氣速率峰值越大;為提高NGH降壓開采產(chǎn)能可采用向儲(chǔ)層注熱、注催化劑或水平井、水力壓裂等技術(shù)措施. 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2020,50(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)半解析模型與數(shù)值模型對(duì)比

(3)NGH降壓開采過程看作是一個(gè)移動(dòng)邊界的問題,分解前緣r=r*(t)表示移動(dòng)邊界的位置.NGH儲(chǔ)層由分解前緣劃分為分解區(qū)(ro≤r≤r*)和未分解區(qū)(r*≤r≤re);(4)分解區(qū)孔隙中含有NGH、甲烷氣和水三相,其中氣水兩相在流動(dòng),且分解過程中分解區(qū)域絕對(duì)滲透率K、含NGH飽和度SH、含氣飽和度Sg、含水飽和度Sw隨著時(shí)間變化;

圖5為不同時(shí)刻N(yùn)GH降壓開采溫度分布曲線,可以看出,分解前緣附近溫度梯度最大,溫度最低值出現(xiàn)在分解前緣處,并向井底和邊界逐漸回升.這是因?yàn)镹GH分解是吸熱反應(yīng),且分解前緣是NGH分解最劇烈的地方,吸收大量的熱,因此分解前緣處溫度始終保持最低,隨著圍巖的熱量向NGH儲(chǔ)層傳遞,遠(yuǎn)離分解前緣處的溫度慢慢回升.儲(chǔ)層初始溫度為281 K,從圖5可以看出溫度最低達(dá)到275.3 K,溫降幅度最大可達(dá)到5.7°C,這與前人的實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬結(jié)果基本一致[32–35].當(dāng)NGH儲(chǔ)層初始溫度較低時(shí),NGH分解吸收大量的熱導(dǎo)致儲(chǔ)層內(nèi)局部區(qū)域溫度大幅降低,引起NGH自保護(hù)效應(yīng)、二次生成等問題,從而使得NGH分解變慢.圖6為不同時(shí)刻N(yùn)GH降壓開采產(chǎn)氣速率、累積產(chǎn)氣與NGH分解氣速率、累積分解氣對(duì)比曲線.可以看出,NGH儲(chǔ)層分解氣速率先升高,到達(dá)峰值之后,逐漸降低.產(chǎn)生該規(guī)律的原因是降壓開采初始階段,分解區(qū)內(nèi)壓力低于NGH的平衡壓力導(dǎo)致NGH快速分解,分解前緣迅速向前推移,分解表面積不斷增加,因此分解氣速率升高.降壓開采后期隨著NGH的分解,儲(chǔ)層中NGH飽和度逐漸降低,因此分解氣速率逐漸降低.生產(chǎn)井的產(chǎn)氣量一部分來源于NGH的分解,一部分來自NGH儲(chǔ)層中的游離氣,由NGH分解提供的氣量先升高后下降,而游離氣基本保持不變,因而產(chǎn)氣速率與分解氣速率規(guī)律保持一致.同時(shí),累積產(chǎn)氣與累積分解氣的差值即為產(chǎn)出的游離氣量,可以看出該模型條件下產(chǎn)出氣以NGH分解氣為主.

【參考文獻(xiàn)】：
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