天然气水合物降压开采与出砂实验研究

李占东^1,2,3,4，干毕成³，李中⁵，张海翔^1,2,3，王殿举^1,2,3，刘淑芬^1,4，李吉^1,2,3

1. 黑龙江省天然气水合物高效开发重点实验室2. 东北石油大学海洋油气工程学院3. 东北石油大学石油工程学院4. 东北石油大学三亚海洋油气研究院5. 中海油研究总院

摘 要：出砂问题是制约水合物资源有效开发的关键因素,为了深入了解水合物降压开采与出砂规律,开展了4组不同渗透率条件CH₄生成、分解以及出砂室内物理实验模拟,认为渗透率是影响地层出砂的关键因素.在天然气水合物降压生产过程中,产气量、产气率和出砂量与生产井的压力密切相关.水合物饱和度对产气率的影响是非线性的,但累积产气量随压力变化的曲线近似为线性.研究结果表明:1)水合物合成大概分为3个阶段:注入阶段、高诱发阶段和稳定生成阶段.不同渗透率地层回压总体差异不大,渗透率越高的地层压力下降的斜率越大,时间越早,最大压差为4.3 MPa.水合物生成的速率越快,但在稳定期间差异不明显;2)降压法进行水合物开采模拟,压力下降曲线呈梯度特征.降压开采大致分为4个阶段:快速分解初始阶段、水合物分解与稳定转变的竞相作用阶段、分解稳定阶段和地层出砂阶段.原始地层压力是影响水合物分解能力的直接因素,通过改变原始地层压力可以提高CH₄水合物开采速度,内径为200μm的样品最大的产气速度可以达到238 mL/min;3)当地层处于出砂临界状态,不同渗透率出砂速度不同,渗透率越高,渗透率最大的样品较渗透率最低的样品出砂时间提前50 h.分解产气误差控制在3.42%以内,分解产水控制在2.14%以内,可以说明模型在预测地层出砂分解产气和产水具有较好的预测作用.

关键词：天然气水合物;降压开采方法;地层出砂;采气速度;采气量;