Пять карточек о том, как новая технология приблизит будущее

Аннотация

Добыча песка является ключевой проблемой в процессе добычи природного газа из гидратных пластов. Для систематического решения проблем добычи песка в данной работе впервые предложена система контроля добычи песка (SCS), предназначенная для резервуаров глинистого ила и гидрата, распределенных по порам. Во-вторых, для анализа процесса миграции песка во время эксплуатации гидратов применяется метод анализа узловой системы (NSAM). СКС подразделяется на три подсистемы в соответствии с различными механизмами миграции песка, а также рассматриваются и анализируются три ключевые научные проблемы и достижения в исследованиях СКС в геологической службе Китая. Максимальная скорость шлифования пласта, надлежащий размер песчаного контрольного гравия и позиция риска засорения скважины были предоставлены для скважин, эксплуатирующих глинистый гидрат, на основе анализа СКС. Подсистемы СКС тесно связаны посредством двустороннего взаимодействия, а координация подсистем является основой поддержания стабильности пласта и продления цикла добычи газа. Следовательно, противоречивые меры по смягчению последствий между производством песка и эксплуатационными системами следует рассматривать преимущественно. Необходимы некоторые новые и эффективные методы эксплуатации гидратов, чтобы полностью разрешить противоречия, вызванные добычей песка.

Основы теории смс

В процессе принудительного извлечения пластовой жидкости из гидратных пластов основными процессами транспортировки, связанными с добычей песка, являются: (1) Отрыв зерна от матрицы пласта, который может быть вызван разрушением при сдвиге, разрушением при растяжении, разложением гидрата или сланцем ползучий; (2) отделенные зерна могут быть активированы и начать отходить от исходного положения; (3) под влиянием силы сопротивления жидкости и эффективного напряжения активированные зерна могут переноситься и перемещаться к внешней границе среды, контролирующей песок; (4) часть содержимого сланца и мелкие зерна могут проникать через среду контроля песка, в то время как крупные зерна могут блокироваться и оставаться неподвижными; (5) содержание сланца и мелкие частицы, которые проникли через среду контроля песка, могут осесть в отстойном кармане или быть вынесены из скважины. В ходе этих процессов состояния агрегации и распределения твердых зерен изменяются в режиме реального времени вместе с их миграционным поведением. Эти пять подпроцессов составляют взаимную сдержанность и взаимозависимую, противоречивую систему. Поэтому процессы добычи песка и гидратов имеют сложную взаимосвязанную взаимосвязь. Системное решение, а не операция, которая фокусируется только на удержании песка, необходимо для правильного решения этой проблемы добычи песка. В частности, для разработки пласта гидрата глинистого ила конечной целью управления добычей песка должно быть смягчение противоречия между добычей песка и непрерывной добычей газа.

С точки зрения системного проектирования, добыча песка является систематической проблемой, которая ограничивает долгосрочное и эффективное использование гидратов. Поэтому, чтобы систематически смягчать противоречие между добычей песка и непрерывной добычей газа, необходимо учитывать различные факторы (такие как формирование эффекта многополюсной связи, режим добычи газа и методы искусственного подъема), чтобы разделить всю систему на несколько подсистем. Затем необходимо изучить взаимосвязи между каждой из подсистем и их влияние на всю систему добычи песка, чтобы предложить интегрированную операцию. Этот метод работы с производством песка можно определить как систему управления производством песка (СКС).

Согласно определению СКС, противоречие между эксплуатацией гидратов и процессом добычи песка может быть смягчено только систематическим образом, особенно для глинистых иловых гидратных коллекторов. Следовательно, для разделения системы на разные подсистемы необходимо установить несколько узлов. В соответствии с различиями в поведении миграции песка в различных сегментах потока, затем должна быть создана математическая модель для прогнозирования поведения миграции частиц в каждой подсистеме. Результаты моделирования из предыдущей подсистемы будут затем приниматься в качестве входных данных для математической модели для следующей подсистемы. Кроме того, результаты моделирования для каждой подсистемы будут использоваться в качестве обратной связи для предыдущей подсистемы для проверки применимости модели прогнозирования. Этот вид локальных отношений и метод анализа локального-глобального влияния можно определить как NSAM. В разделе 3 будут рассмотрены основные достижения в исследованиях SCS и NSAM на основе первого в Китае испытания морской гидратной эксплуатации в районе Шэньху в северной части Южно-Китайского моря.

Установка узлов является первым шагом для NSAM. В зависимости от потребностей в полевых работах узлы для глинистых иловых гидратов в исследуемом районе могут быть установлены, как показано на рис. 1, Начальный узел для СКС можно рассматривать как основную станцию, от которой частицы могут быть отделены от каркаса. Конечным узлом является либо платформа, либо карман в нижней части. Между тем, медиальные узлы могут быть установлены на границе раздела между пластом и средой для удержания песка, внутренней стенкой среды для удержания песка и входом в искусственную подъемную трубу. Таким образом, вся СКС может быть разделена на четыре взаимозависимые подсистемы: отрыв частиц и миграция с места на внешнюю границу устройства удержания песка, проникновение частиц через устройство удержания песка в ствол скважины, газовая многофазная труба поток перед забойным газосепаратором, а водоносный песок несущий трубы течет в искусственном подъемном трубопроводе

Как газовый поток, так и поток воды в стволе скважины с преобладанием воды являются трубными потоками. Поведение миграции песка в этих двух условиях потока может быть смоделировано или предсказано с использованием аналогичных технологий. Таким образом, в СКС оба потока труб могут быть классифицированы в одну подсистему. Наконец, СКС для глинистых эксплуатационных скважин с глинистым илом состоит из трех типичных подсистем: (1) подсистемы, связанные с пластом; (2) подсистемы, связанные с песчаным контролем; (3) подсистемы, связанные с течением скважины.

Согласно результатам настройки узла, ключевыми проблемами, связанными с каждой подсистемой, являются поведение при закачивании пласта, оптимизация удержания песка в забое скважины и обеспечение потока в скважинном песке. Активация частиц, миграция частиц и производство частиц во всей производственной системе подчиняются принципам баланса массы.

Коллекторы гидратов в районе Шэньху характеризуются низкой проницаемостью, высоким содержанием сланцев и неуплотненными пластами. Заполняющие поры гидратные пласты широко распространены очень разнородным и анизотропным образом ( Wu NY et al., 2017 ; Liu CL et al., 2017a). Таким образом, основными задачами СКС для эксплуатации скважин на глинисто-иловых гидратах в этой области являются поддержание стабильности пласта и уменьшение неблагоприятных последствий, вызываемых добычей песка. Доминирующей проблемой для подсистемы, связанной с пластом, является поведение отрыва частиц и миграция при различных профилях снижения давления. Доминирующей проблемой для подсистемы, связанной с контролем песка, является оптимизация умеренных параметров работы с песком, в то время как для подсистемы, связанной с потоком в скважине, необходимо обеспечить выполнение сценариев с песком. Чтобы обеспечить научное обоснование решений по схеме производства, все эти ключевые вопросы будут тщательно проанализированы вместе с соответствующими геологическими и эксплуатационными рисками для систем эксплуатации гидратов.

Подсистемы СКС

В процессе сброса давления или принудительного извлечения пластовой жидкости степень цементации пласта может быть уменьшена, и расположение частиц может быть изменено. Затем происходит отделение частиц с последующей миграцией частиц. Этот процесс известен как шлифование пласта. Схема шлифования пласта и характеристики шлифования являются основой оптимизации удержания песка в забое скважины и проектирования обеспечения пропускной способности песчаной среды в стволе скважины, что делает их ключевыми для исследования в данном исследовании.

По сравнению с обычными резервуарами природного газа, гидратные резервуары в районе Шэньху являются более мелкими с еще более высоким содержанием сланца ( Liu CL et al., 2017b ). Тяжелая пескоструйная тенденция должна быть нейтрализована при добыче природного газа из гидратсодержащих отложений В нашей предыдущей работе предполагалось, что процесс шлифования для гидратных эксплуатационных скважин контролируется геологическими факторами, факторами заканчивания скважин и факторами эксплуатации. Весь процесс шлифования должен соответствовать следующим трем основным условиям с микроскопической точки зрения:

(i) Мелкие частицы должны быть отделены от каркаса или матрицы пласта или, по крайней мере, их не следует объединять. В процессе разложения и добычи гидрата эффективное напряжение вскрыши, приложенное к каркасу, будет увеличиваться, а влияние цементации гидрата на матрицу пласта будет уменьшаться или даже исчезать. Увеличение количества разложившейся воды усугубляет ликвидацию матрицы пласта и содержания сланца, что особенно серьезно для монтмориллонита.

Вышеупомянутое отслоение частиц гидромеханического сцепления в основном контролируется неоднородностью исходной прочности цементирования пласта, насыщенности гидратами, размера частиц, проницаемости, структуры порового канала и поля напряжений, а также их динамическими характеристиками эволюции ( рис. 2). ). С точки зрения макроскопического механизма шлифования, микроскопические факторы, управляющие отрывом частиц, в основном относятся к разрушению пласта, разрушению при растяжении, ползучести сланца и разложению гидрата.