[發明專利]一種水合物地層固井過程高壓氣水反侵的判別方法

有效

• 申請號: 202110164121.X
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112855075B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 鄭明明;王曉宇;王凱;周珂銳;吳喆;劉天樂;鄭少軍;李麗霞
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: E21B33/14
• 分類號: E21B33/14;E21B49/00;G06F30/20
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發明公開了一種水合物地層固井過程高壓氣水反侵的判別方法，包括：建立水合物地層數值模型；將水合物地層數值模型進行網格劃分，劃分為若干單元；設計各項固井工藝參數的取值，采用該取值進行模擬試驗，判別該固井工藝參數取值下是否發生反侵。本發明的優點是：能夠高度還原水合物地層固井過程；能夠判別水合物地層固井中高壓氣水是否反侵入水泥環。

技術領域

本發明涉及天然氣水合物開發技術領域，特別涉及一種天然氣水合物地層固井過程高壓氣水是否反侵環空水泥漿的判別方法。

背景技術

天然氣水合物是由水分子和天然氣分子(主要是CH4、C2H6、CO2等)在低溫和高壓條件下組成的似冰狀非化學計量籠形化合物。由于具有資源儲量大、主要燃燒產物環保無污染等優點，在能源、環境和全球氣候變化中的重要意義使其成為當前地球科學和能源研究的一大熱點。

在深水油氣鉆遇水合物地層以及水合物儲層開采過程中，固井是鉆完井作業過程中一個重要環節，它包括下套管和注水泥，其主要目的是保護和支撐油氣井內的套管，封隔油、氣和水等地層。對于穩定井壁、固定套管和延長油氣井生產壽命等方面具有重要意義。天然氣水合物地層通常具有地層溫度低和孔隙壓力高的特點。同時，天然氣水合物儲層通常膠結性較差(甚至未膠結)、力學強度弱，且水合物所處的相平衡狀態較為脆弱，輕微的溫升就會導致水合物的分解并引發鏈鎖反應。而在固井過程中，固井水泥漿的水化放熱會引起近井壁一定范圍內地層溫度的升高，極易導致水合物的分解，從而形成局部高壓游離氣、水區域。而高壓游離氣和水在壓差的驅動下易反向侵入水泥漿中，從而對水泥環的內部結構、力學強度、二界面膠結強度和儲層封隔能力產生不利影響，甚至會導致二界面縮脹開裂、井壁垮塌、水氣竄流和固井報廢等嚴重鉆井事故。因此，尋求一種針對該反向侵入是否發生的判別手段顯得十分重要。

由于水合物現場或室內試驗成本高，技術難度大，耗時耗力，選取數值模擬方法對其進行研究更加合理。但水合物地層固井過程的復雜性為數值模擬帶來了一些難點，主要包括：(1)在水泥漿初凝前，侵入地層的水泥漿作為移動熱源，邊侵入邊繼續發生水化反應放熱。(2)水泥漿放熱速率是不斷變化的。

由于數值模擬手段的局限性，目前尚未擁有模擬水合物地層固井過程的類似方法。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供了一種水合物地層固井過程高壓氣水反侵的判別方法，解決了現有技術中存在的缺陷。

為了實現以上發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種水合物地層固井過程高壓氣水反侵的判別方法，包括以下步驟：

步驟1，建立水合物地層數值模型，水合物地層數值模型內應包含地層、套管、套管內部空間、套管與地層間的環狀空間；

步驟2，將水合物地層數值模型進行網格劃分，劃分為若干單元，若干單元之間進行物質交換，物質交換或是能量交換，或是物質及能量交換；

步驟3，設計各項固井工藝參數的取值，取值根據實際地層情況及施工工況共同確定，采用該組固井工藝參數取值進行模擬試驗，根據模擬試驗的結果，判別該固井工藝參數下是否發生反侵。

進一步地，步驟1中水合物地層數值模型中包括：完整的地層物理性質參數，地層物理性質參數包括：地層孔隙壓力、地層骨架密度、地層孔隙度、地層絕對滲透率、地層骨架比熱容、地層導熱系數、地層溫度和地層孔隙水合物飽和度。

進一步地，步驟2中，若干單元之間的物質交換，或是能量交換，或是物質及能量交換，原理如下：

模型內的質量和能量守恒可通過有限體積積分差的方式來實現：