0 引 言
Table 1 Hydrate exploitation method and sand control technology (supplement and modified from literature [2-4,11-12])表1 水合物开采方法与防砂技术(补充修改自文献[2-4,11-12]) |
地域 | 储层性质 | 开采方法 | 完井防砂及效果 |
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麦索雅哈(1967)[11,12] | 埋深700 ~ 800 m;层厚84 m;砂岩,弱固结水合物储层 | 气田开采降压,化学剂注入 | 射孔完井;出砂 |
麦肯齐(2002, 2007,2008)[11,12] | 埋深800 ~ 1 100 m;层厚110 m;砂岩 | 2002年,注热开采 | 机械防砂;有砂产出 |
2007年,降压 + 注热 | 射孔完井、未防砂;出砂导致ESP损坏 | ||
2008年,降压开采 | 机械防砂;泵口加防砂网;有砂产出 | ||
阿拉斯加北坡(2008, 2012) | 埋深40 ~ 130 m;饱和度75%;砂岩 | 4个长期降压点和1个二氧化碳置换点 | 射孔,井下砂筛防砂;有砂产出 |
爱之海(2013)[11,12] | 水深1 000 m;埋深300 m;砂岩 | 降压开采 | 砾石裸眼完井,采用砂筛防砂;出砂造成电潜泵工作失效而被迫终止试采 |
南海海槽(2017)[11,12] | 层厚50 m | 降压开采 | Geoform防砂系统,先期膨胀(失效)和后期膨胀(有效) |
南海神狐(2017,2020)[3,4] | 2017年,水深1 266 m;埋深203 ~ 277 m;粉砂泥质储层 | 垂直井地层流体抽取法 | 未成岩超细储层防砂;有砂产出 |
2020年,水深1 225 m,深海浅软低渗储层 | 水平井地层流体抽取法,储层改造 | “粗 + 细”粒砾石充填 + 高精度预充填筛管三级复合防砂,超轻质陶粒充填筛管外环空;产出水中有砂,中值粒径平均值为12.84 μm | |
南海荔湾(2017)[2] | 水深1 310 m;埋深117 ~ 196 m;非成岩水合物储层 | 固态流化开采法 | 未防砂,举升管道内砂和气、水、水合物分离 |
1 海洋水合物储层特征及其开发出砂和防砂研究
1.1 南海天然气水合物储层特征
Fig. 2 Arithmetic mean and deviation of hydrate particle size (data supplement from reference [22])图2 水合物粒径的算数平均数及偏差(数据补充来自文献[22]) |
1.2 海洋水合物开发的出砂及防砂研究
2 海洋水合物开采固相控制方法
Table 2 Solid phase control of gas hydrate exploitation classification (supplement and modified from literature [46])表2 天然气水合物开发分级的固相控制(补充和修改自文献[46]) |
开发分级 | 特征 | 岩石骨架分类 | 颗粒特征 | 水合物饱和度 / % | 孔隙度 / % | 实例 | 常规开采方法 | 常规辅助方法 | 控砂模式 | 一级控砂 | 二级控砂 | 三级 控砂 | 固态 流化法 | 固态流化辅助方法 | 固态流化控砂模式 |
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1 | 成岩水合物 | 水合物填充骨架结构孔隙,水合物完全分解后骨架仍热稳定 | >500 μm,粗粒 | >60 | >60 | 麦索雅哈 | 常规降压法 | 辅以加热、注剂及二氧化碳置换 | 防砂 | 结合砾石充填防砂和适度出砂 | 管类机械固相控制 | 防止整体出砂、海底滑坡的大规模地质灾害的新技术 | / | / | / |
2 | 成岩水合物 | 大部分水合物填充骨架结构孔隙,水合物完全分解后骨架有微小变形 | 500 ~ 250 μm,中粒 | 50 ~ 60 | 60 ~ 50 | / | 常规降压法 | 辅以加热、注剂及二氧化碳置换 | 防砂 | 结合砾石充填和Geoform防砂系统 | 管类机械固相控制 | / | / | / | |
3 | 基本成岩水合物 | 水合物作为一部分骨架,水合物完全分解后骨架有较大的变形 | 250 ~ 100 μm,细粒 | 50 ~ 30 | 50 ~ 40 | 日本爱知海 | 常规降压法 | 辅以加热、注剂及二氧化碳置换 | 防砂 | 结合Geoform防砂系统 | 管类机械固相控制 | / | / | / | |
4 | 非成岩水合物 | 水合物作为骨架的主要部分,水合物完全分解后骨架变形 | 100 ~ 50 μm,粗粒 | 30 ~ 10 | 40 ~ 30 | 南海神狐&荔湾 | 地层流体抽取法 | 储层改造,三相控制 | 出砂管理 | 储层改造 + 适度出砂 | 管类机械固相控制+ 泥饼 | 固态流化法 | 海底采掘 + 降压 | 多级精细控砂 + 水下分离 +回填 | |
5 | 非成岩水合物 | 水合物作为骨架,水合物完全分解后骨架崩塌 | <50 μm,细粒 | <10 | <30 | 南海神狐&荔湾 | 地层流体抽取法 | 储层改造,三相控制 | 出砂管理 | 储层改造 + 适度出砂 | 管类机械固相控制 + 泥饼 | 固态流化法 | 海底采掘 + 降压 | 多级精细控砂 + 水下分离 + 回填 | |
6 | 非成岩水合物 | 纯水合物 | / | >90 | / | 南海东沙&琼东南 | 地层流体抽取法 | 储层改造,三相控制 | 出砂冷采 | 不防砂,裸眼井筒冷采 | 井筒内滤砂网(sand screens) | 固态流化法 | 井下铰吸破碎 + 降压 | 多级精细控砂 + 水下分离 + 回填 |
Fig. 4 Schematic diagram of solid phase control: (a) based on conventional oil and gas technology; (b) solid-state fluidization technology图4 固相控制示意图:(a)基于常规油气技术;(b)固态流化技术 |