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海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室在海洋天然气水合物试采出砂管控领域取得新进展

编译者:liguiju发布时间:2020-7-7点击量:1144 来源栏目:科研动态

近日,能源领域国际顶级学术期刊Energy在线发表了题为《Hydrate-induced clogging of sand-control screen and its implication on hydrate production operation》(水合物生成导致的控砂筛管堵塞规律及其对开采过程的启示)的最新研究成果。海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室固定成员、青年科学家李彦龙为论文第一作者,海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室主任吴能友研究员为第一通讯作者。

海域天然气水合物试采面临严重的出砂挑战,出砂导致井筒设备磨损、井筒砂堵,严重情况下会导致试采提前终止。为了解决出砂对天然气水合物试采的影响,天然气水合物试采通常在开采井井底安装控砂筛管来防止地层砂的过渡产出。然而,研究人员近期研究结果发现,安装的控砂筛管可能会给天然气水合物的连续试采产气带来新的麻烦:水合物二次生成堵塞。

海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室水合物团队研究发现:天然气水合物在开采过程中,井底附近气液流速最高,焦耳-汤姆逊效应最为严重,因此井底温度异常低。在不恰当的井底压力控制条件下,极有可能导致水合物在控砂筛管介质中的二次生成,二次生成的水合物聚集在控砂筛管介质内部,导致控砂筛管的渗透率严重降低,研究人员发现,天然气水合物在控砂筛管介质中的生成导致筛管渗透率呈现双阶梯下降模式,在堵塞初期渗透率降低缓慢,但是一旦突破一定的临界值,筛管将完全被水合物堵塞,渗透率降低至筛管原有渗透率值的2%,相当于在井筒和地层之间建起了一堵墙,阻隔了气水的进一步流通,因此对天然气的连续产出造成非常不利的影响。

因此,控砂筛管在解决出砂难题的同时造成了潜在的堵塞风险,有必要研发一定的远程诊断技术,通过试采平台监测数据,实时评判井底筛管的水合物二次生成堵塞特征。大量的实验模拟研究表明,当筛管中水合物二次生成堵塞时,井底的温度-压力曲线会呈现出明显的“J型”变化特征。由此,科研人员提出了基于井底监测数据的井底堵塞工况远程诊断方法,并开展了一系列的敏感性分析实验,证实井底筛管二次生成堵塞的最敏感因素是温度。研究结果表明试采过程中,在不影响井筒整体管柱复杂性的前提下,采用适当的低功率电加热或热流体回注,将大幅降低控砂筛管的堵塞风险,为海域天然气水合物的连续排采过程提供必要的保障。

上述研究得到了海洋试点国家实验室开放基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等的资助。

论文链接:http://173.rm.cglhub.com/science/article/pii/S0360544220311373

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