第三届全国能源地下结构与工程学术研讨会

37 / 2021-10-06 20:58:51

水合物沉积物开采变形实验与模拟研究

天然气水合物；降压开采；储层变形；数值模拟

天然气水合物开采过程涉及到水合物沉积物复杂的相变、多相流动、传热、力学等性质的变化，这些性质相互耦合，影响着沉积物的状态。在开采扰动和水合物解离的作用下，沉积物中多相态介质不断地发生转化，涨缩，破裂和运移，这些变化引起的细观力学过程最终会导致沉积物整体上发生膨胀、沉降甚至变形破裂，对水合物开采的安全性和经济性造成影响。为了研究水合物沉积物在开采过程中的沉积物整体变形时位移变化的机理，利用带有位移传感器的高压反应釜合成了水合物沉积物，并模拟了水合物的降压开采过程。获得了开采过程沉积物的轴向位移变化趋势，即自由气释放阶段沉积物会出现快速的膨胀，随后沉积物在重力和水合物分解的作用下逐渐沉降，并对这些现象做出了解释和猜想。还基于实验条件使用FLAC3D有限差分数值模拟软件，以两种力学本构模型为基础建立了水合物沉积物的力学模型，还原了沉积物的轴向膨胀变化过程，分析了不同参数对模型位移数值解的影响。发现渗透力是影响沉积物膨胀的主要因素，控制合适的降压速率、水合物饱和度和井底压力可以有效控制渗透力，进而限制沉积物的轴向膨胀，有利于水合物的降压开采。