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天然气水合物降压开采过程中的 THMC 耦合数值模拟
Publié en 2026
在减压开采过程中,天然气水合物(NGH)的解离会改变孔隙压力和温度,从而调节有效应力,削弱沉积物骨架结构,导致砂体产油。这会引起颗粒脱落、迁移、孔隙堵塞,最终导致流体产量不稳定。为理解其内在机理,我们提出了一种新的颗粒脱落判据,该判据同时考虑临界水流速度和偏移应变,并将其嵌入一个完全耦合的热-力-机-化(THMC)模型中。该新方法已在实验室尺度上通过Masuda的减压实验验证,并在田间尺度上与2013年南海海沟海上试验的生产数据对比验证。随后,我们进行了系统性评估,以分析储层固有渗透率、分解系数以及减压路径对多相流动和砂体产油的综合影响。结果表明,固有渗透率与解离动力学之间存在二元关系,高渗透率和快速解离有助于提高早期气流产量。然而,这些过程也已被证实会增强局部水动力阻力和应变引起的颗粒脱落,从而通过沉积和压实加速后期渗透率的退化。相反,低渗透性和解离作用会严重阻碍压力传播,并限制砂体的移动性。沉积物的稳定性在很大程度上受减压路径的影响。循环式或突变式的减压方案会放大瞬态水力扰动和砂体渗入,而单调且波动最小的压力路径则能维持有限的渗流行为,提高储层长期稳定性。因此,显然有效的现场规模天然气采收设计需要协调调控减压策略、解离进程以及与渗透率相关的流动再分配,以平衡气体回收率与地层力学完整性。
