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2007年，我國在南海北部神狐海域鉆探取得最高飽和度達(dá)48%的均勻分散狀水合物樣品，引起國際關(guān)注。中科院廣州天然氣水合物研究中心/廣州能源研究所與美國勞倫斯-伯克利國家實(shí)驗(yàn)室合作，首次針對我國實(shí)際水合物藏進(jìn)行新型開采井設(shè)計(jì)，并構(gòu)建開采模型開展神狐海域水合物開采數(shù)值模擬研究，取得了系列進(jìn)展。

研究基于中國地質(zhì)調(diào)查局實(shí)際鉆探資料而開展，采用TOUGH+HYDRATE系統(tǒng)和自主開發(fā)的模擬軟件，采用不同的開采方法和工藝，研究神狐海域天然氣水合物開采效率及其參數(shù)敏感性，并以水合物分解效率和氣體產(chǎn)能為絕對標(biāo)準(zhǔn)，以產(chǎn)水量和氣水體積比為相對標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)其開采潛力和經(jīng)濟(jì)性。

首先，構(gòu)建了水合物下伏游離氣藏進(jìn)行垂直單井開發(fā)的數(shù)學(xué)模型，用有限元節(jié)點(diǎn)上的氣體密度和密度增量來計(jì)算天然氣開發(fā)中氣藏壓力變化和井孔氣體產(chǎn)能。利用Dako試驗(yàn)氣田的產(chǎn)能記錄對模型進(jìn)行了驗(yàn)證，反映了其良好的可靠性。模型顯示氣體產(chǎn)能與氣藏壓力、氣體飽和度以及采氣時(shí)間均具有很好的正相關(guān)，而氣體累積產(chǎn)量與采氣時(shí)間成近似線性關(guān)系，降低井孔流體輸出壓力有利提高產(chǎn)能。研究結(jié)果發(fā)表在《天然氣工業(yè)》[2009，29(8)，123-128，147-148]、Journal of Petroleum Science and Engineering [2010, 71,179-186]等上。

其次，對SH7站位開展單一水平井降壓法和熱吞吐法天然氣水合物開采數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，開采過程中水合物分解區(qū)域主要集中在開采井周圍圓柱形分解界面、水合物層與上、下蓋層接觸面附近的分解界面，且隨著水合物的不斷分解，這些界面逐漸接觸并融合，引起蓋層中的流體大量流向開采井并同時(shí)產(chǎn)出；初始階段開采井周邊區(qū)域出現(xiàn)明顯的壓力梯度，且在分解界面處壓力波動較大；在30年的連續(xù)開采過程中，在不同的降壓驅(qū)動力和熱吞吐速度等條件下，井口總的甲烷產(chǎn)出速率大于水合物分解產(chǎn)氣速率，說明大部分從井口開采出來的甲烷氣體來自于水中的溶解氣，且多不是以自由氣形式存在；隨著開采過程的推進(jìn)，井口總的甲烷產(chǎn)出速率在達(dá)到最大值后逐漸減小，開采井總產(chǎn)氣率小于一般商業(yè)開采標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)氣產(chǎn)水的相對比值較低。研究結(jié)果發(fā)表在Energy & Fuels[2010, 24, 6018–6033]、ACTA CHIMICA SINICA[2010,68(11),1083-1092]、Journal of Petroleum Science and Engineering [2011, doi:10.1016/j.petrol.2011.02.009]、《化工學(xué)報(bào)》[2011,62(2),458-468]、Chinese Journal of Geophysics [2011]等上。

再次，對SH2站位開展單一垂直井降壓法、熱激法和熱吞吐法天然氣水合物開采數(shù)值模擬研究。單一垂直井降壓法開采模擬表明，整個開采階段水合物分解速率和產(chǎn)氣速率持續(xù)降低，產(chǎn)水量持續(xù)增長，開采中期開發(fā)效率出現(xiàn)跳躍性衰減；產(chǎn)氣效率隨著井底壓力降低而增加，高滲透率具有高產(chǎn)能，低滲透蓋層有助于提高產(chǎn)能，水合物飽和度和孔隙度增加都會導(dǎo)致氣體產(chǎn)能略有提高。單一垂直井熱激法開采模擬表明，神狐海域水合物藏單位長度生產(chǎn)井段3年的最大累積產(chǎn)氣量為509方，遠(yuǎn)低于工業(yè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)成本較高，經(jīng)濟(jì)效益比較低。單一垂直井熱吞吐法開采模擬表明水合物分解速率非常緩慢，熱激法并非水合物分解的有效方法，大多數(shù)水合物分解氣是由于開采階段中一定的降壓操作而產(chǎn)生的，而且開采階段的水合物分解氣量小于注水階段由于壓力升高而產(chǎn)生的次生水合物量。研究結(jié)果發(fā)表在2010 Offshore Technology Conference [OTC 20551]、Energies [2011, 4, 294-313]、《現(xiàn)代地質(zhì)》[2011, 25(3), 1-9]、《海洋地質(zhì)前沿》[2011, 27 (6), 16-23]等上。

總的來說，南海北部神狐海域水合物藏只有單一的水合物層，且不具備不可滲透的邊界層，含水合物層的沉積物主要為黏土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)黏土，滲透率和孔隙度低，利用目前天然氣水合物開采方法和工藝均無法經(jīng)濟(jì)有效地開采該區(qū)域的天然氣水合物，有待于設(shè)計(jì)開發(fā)更高效的水合物開采新方法和新工藝。