南海北部神狐海域水合物储层特征对开采产能的影响

Profound differences of the reservoir properties have been revealed in the diverse drilling sites by the hydrate drilling programs in the northern slope of the South China Sea. The depressurization within the horizontal well is employed in the oceanic hydrate production at current stage. In order to achieve the maximum gas production through selecting the drilling sites or the production targets, it is essential to know the effects of the reservoir properties on the gas production potential. In this program, the gas hydrate-bearing site assigned as the target in the first field production test is numerically simulated. The relative-permeability model and the corresponding parameters during the hydrate dissociation are validated by comparison of the results between the simulation and the field production test. On this basis, the distinguishing reservoir properties which have a significant influence on the gas production potential are investigated. These reservoir properties contain thickness of the hydrate-bearing layer, hydrate saturation, reservoir porosity, formation permeability, the temperature and pressure of hydrate-bearing layer. And a response surface model is established by the numerical simulations to reveal the effects of these six reservoir properties on the gas production potential. The research results can provide the theoretical and scientific basis for the sites selection in the following drilling programs and field hydrate production tests.

我国南海北部神狐海域水合物钻探结果显示，不同站位水合物储层特征存在较大差异，在现阶段海域水合物开采工艺限制在垂直井降压开采的条件下，明确储层特征对产能的影响关系对科学地指导水合物钻探选址与试采站位优选、实现产能最大化尤为重要。本项目将从我国首次海域水合物试采的既定站位出发，在其储层条件基础上开展产能的数值模拟研究，并将模拟结果与最终试采数据进行拟合，从而确定神狐海域水合物分解过程中的相对渗透率模式及其相关参数。在此基础之上，分析神狐海域多个水合物取芯站位储层特征差异，主要为对产能影响较为显著的水合物层厚度、水合物层饱和度、储层孔隙度、渗透率、储层温度与压力六个储层条件，利用数值模拟方法，通过构建这六个储层特征与产能的响应面模型，来揭示储层特征与产能的影响关系，以期为我国今后水合物钻探选址与下次试采站位优选提供理论基础和科学依据。

我国南海神狐海域多次钻探结果显示，区域内水合物赋存特征差异较为明显，其差异性势必会对水合物产气潜力造成较大影响。在我们以往的研究中已经揭示了，对于重要的水合物赋存特征而言，储藏固有渗透率（K）、水合物饱和度（SH）与储层孔隙度（Φ）为对降压开发影响显著的前三位储藏地质特征。此外，在储藏地质特征这一固有地、非可控的因素之外，不同的开发方案作为可控的工程因素，也将影响水合物藏的开发能力。只有在储藏特征差异明显的水合物藏内优选出开发目标，并基于开发目标基础上讨论工程开发方案才更为必要与有效。本项目针对我国南海神狐海域四个赋存特征明显差异的水合物藏XX01~04站位进行了产能评估，在对四个水合物藏采用恒压3.0MPa降压分解精确地数值模拟，结果显示，XX03站位显示出最有利的开发前景，气体分解与产出速率均最高。该站位水合物藏的特征参数在开发过程中的演化显示，尽管对于XX03这一最有利的开发站位，水合物分解量也有限，仅位于开发井周的20米范围内，且产出气体中很大一部分来自于产出水的溶解气。另外，不同射孔段的模拟结果显示，上半段射孔方式下的水合物分解速率在初始快速分解后即呈现下降趋势，这是由于射孔段顶端越接近上下覆含水层，游离水随着开采的进行越易随流动流入开采井内，从而影响气体的产出。这一结论为下一步的水合物钻探选址与开采方案设计提供了依据。事实上，这一结论与我们早期联合新加坡国立大学开展的室内实验模拟结论刚好相反，究其原因，其一是由于室内模拟与数值模拟模型尺寸存在较大差异；其次是室内实验模拟操作流程过程中不可避免的下部射孔导致的装置底部孔隙水更为饱和，因此其产水量也更高；再者，即是实际实验模拟过程中的非均质水合物藏与数值模拟过程中假设的均质藏有所不同，三者联合造成了研究结果的差异性，这也为进一步必要的水合物研究开拓了新思路。