储层改造条件下天然气水合物降压热激开采参数优化

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shulili1987
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2020年9月,习总书记在第75届联合国大会上首次提出我国的“双碳”发展目标,承诺我国致力于二氧化碳排放量于2030年前达到峰值,2060年前实现碳中和。在增量替代和存量替代的重要阶段,天然气水合物作为重要的低碳清洁化石能源,可为我国能源安全、“双碳”发展提供重要的支撑作用,极具研究价值及开采前景。天然气水合物是一种固态晶体化合物,由天然气和水在低温高压条件下生成,广泛分布于永久性冻土及深海海底。开采天然气水合物具有许多方法,但经过研究表明现有的单一开采方法尚无法支撑天然气水合物大规模长期商业化开采,所以多种方式下的联合开采具有很高的研究价值。降压联合热激法开采天然气水合物既具有常规热激法开采速度快的优势,在降压的联合作用下又可以使热源不需高速率注入从而降低经济成本,是一种很具有商业化开采前景的开采方法。此方法开采的基础上,水力压裂技术的运用对天然气水合物储层进行改造,可以使热源在天然气水合物储层中更好地流通,从而令降压联合热激法发挥更好的开采效果。本文致力于研究中国南海神狐海域特定的天然气水合物储层在水力压裂技术改造情况下,降压联合热激法开采天然气水合物时,开采参数中降压井井底生产压力(Pp)、热激井井底热激温度(Ti)、热激井井底热激压力(Pi)对于开采结果的影响,从而确定更适宜的开采参数,为今后的商业化开采提供理论指导作用。本文首先基于中国南海神狐海域天然气水合物储层情况构建了高精度开采模型,并基于中国南海二次试采中的测井数据构建低精度放大模型,验证所构开采模型的可靠性。可靠性验证后,在南海神狐海域实际的储层物性参数基础上分别改变天然气水合物储层绝对渗透率、水合物饱和度,探究水力压裂技术改造储层在不同储层物性参数开采时的增产效果,并验证水力压裂技术运用在南海神狐海域实际储层条件开采时的重要性。重要性验证后运用Tough+Hydrate数值模拟软件分别改变降压井井底生产压力(Pp)、热激井井底热激温度(Ti)、热激井井底热激压力(Pi),探究单一注采参数改变对于天然气水合物储层中温度、压力、天然气水合物饱和度、天然气产气量、开采能量效率等开采结果的影响。在单因素分析基础上,运用了计算机R语言BP神经网络算法,在大量的降压井井底生产压力(Pp)、热激井井底热激温度(Ti)、热激井井底热激压力(Pi)数据支撑下,将天然气产气量、开采能量效率这两个重要开采结果针对上述注采参数进行了敏感性分析,探究了上述注采参数对于天然气产气量、开采能量效率这两个开采结果的影响。在规律分析后,运用归一法针对于BP神经网络的模拟结果进行参数寻优,从而确定上述三个注采参数的最优取值从而为实际开采提供理论指导。从模型验证、不同储层物性参数下水力压裂技术改造储层增产效果探究、注采参数单因素分析、注采参数多因素联合下敏感性分析及寻优的研究结果中表明:(1)尽管在中国南海神狐海域天然气水合物低储层渗透率、高盖层渗透率的极端情况下,开采模型中所使用的40m厚度上盖层依旧能可靠地模拟南海实际厚度(224.5m)的上盖层。验证模型与开采模型在极端的开采条件(热激井井底热激温度90℃)下,经历5年期开采后二者间所产生的误差均控制在1%以内,这说明所构开采模型可以为中国南海神狐海域天然气水合物的开采提供可靠的理论指导。(2)水力压裂技术改造储层对于降压联合热激法开采低绝对渗透率、适中的水合物饱和度储层增产效果明显,在本文中所研究的中国南海神狐海域2.4m D低绝对渗透率、30%适中水合物饱合度储层开采中,运用水力压裂技术改造储层具有很强的增产效果。(3)单独降低降压井井底生产压力可以提高天然气水合物分解速率、提高天然气产气量且不会大幅影响开采的能量效率,但是无法保证天然气水合物分解出的天然气充分被生产井采收;单独升高热激井井底热激温度、单独升高热激井井底热激压力均可以提高天然气水合物分解速率、提高天然气产气量,但是高温流体的持续大量注入会令开采能量效率大幅下降,投入产出比升高。综上所述,单一注采参数的变化无法探究整体注采参数最优组从而确定开采方案,所以多注采参数改变下的联合分析具有现实意义。(4)虽然针对于中国南海神狐海域水合物储层低渗透率的现实条件,水力压裂技术改造储层可以很好地增强储层中热量的传递效果。但是尽管在储层改造条件下,5年期的长期开采总体效果仍优于1年期的短期开采。BP神经网络计算结果表明,在5年期长期开采条件下,最优的开采方案为降压井井底生产压力2MPa、热激井底热激压力22MPa、热激井井底热激温度31℃。在此基础上稍降低热激井井底热激压力;稍提高或降低热激井井底热激温度;或者稍提高降压井井底生产压力,均能达到与最优开采方案相近的开采效果。
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