天然氣水合物降壓開采儲層穩(wěn)定性模型分析*

程家望，蘇 正，吳能友

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院天然氣水合物重點實驗室，廣州 510640；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

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天然氣水合物降壓開采儲層穩(wěn)定性模型分析*

程家望1,2,3，蘇 正1,2?，吳能友1,2

（1. 中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2. 中國科學(xué)院天然氣水合物重點實驗室，廣州 510640；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

摘 要：儲層穩(wěn)定性是天然氣水合物開采所面臨的關(guān)鍵問題。本文基于多孔介質(zhì)流體動力學(xué)和彈性力學(xué)，建立了天然氣水合物降壓開采儲層穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型，包括儲層沉降和井壁穩(wěn)定性分析兩個方面，并以墨西哥灣某處水合物藏的基本參數(shù)為例，進行了水合物降壓開采儲層穩(wěn)定性的模擬計算。結(jié)果表明，在水合物降壓開采的過程中，孔隙流體壓力降低導(dǎo)致了儲層的沉降，最大的沉降發(fā)生在井壁附近，水合物分解會加劇儲層的沉降；降低井孔壓力會造成井壁破壞的潛在危險，在井壁附近，周向和垂向應(yīng)力達到最大處容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，地層的水平應(yīng)力差會增加井壁的不穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物；降壓開采；儲層沉降；井壁穩(wěn)定性

0 前 言

天然氣水合物已成為當(dāng)今地球科學(xué)和能源工業(yè)發(fā)展的一大熱點。天然氣水合物能否在未來能源結(jié)構(gòu)中有所貢獻，關(guān)鍵在于能否被經(jīng)濟有效地開采[1]。天然氣水合物的開采方法有降壓、注熱、注化學(xué)劑法等，而降壓法被視為目前最經(jīng)濟可行的方法[2]。降壓法主要是通過開采井抽取水合物儲層內(nèi)的流體而達到減小儲層內(nèi)部壓力的目的，當(dāng)儲層內(nèi)壓力低于水合物相平衡壓力時，水合物就會發(fā)生分解。

然而，海洋天然氣水合物沉積體通常膠結(jié)差、抗剪強度弱，水合物在沉積孔隙介質(zhì)間起膠結(jié)作用[3-5]。降壓開采時，壓力降低會導(dǎo)致儲層內(nèi)的應(yīng)力改變和垂向形變，大多數(shù)情況還會造成剪應(yīng)力的增大，而剪應(yīng)力增大可能造成剪切破壞[6]。水合物的分解則會導(dǎo)致儲層巖土力學(xué)特性的改變，如有效滲透率、孔隙度和力學(xué)模量。因此，水合物降壓開采可能造成儲層的失穩(wěn)破壞，影響開采的安全性和高效性，甚至?xí)＜昂５椎墓こ淘O(shè)施。綜上可知，儲層穩(wěn)定性是天然氣水合物開采所面臨的關(guān)鍵問題，而在以往天然氣水合物開采潛力評價中往往忽略對水合物儲層穩(wěn)定性的評估[7]。

目前，已有學(xué)者對天然氣水合物開采儲層穩(wěn)定性進行了初步研究。KIMOTO等[8]基于化學(xué)–熱力學(xué)–力學(xué)的耦合分析，提出了預(yù)測甲烷水合物分解導(dǎo)致的地層沉降模型。該模型采用質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒描述水合物的分解，運用多孔介質(zhì)和BIOT理論進行巖土力學(xué)分析，采用非飽和土的彈–粘塑性模型，同時考慮了基質(zhì)吸力、水合物飽和度以及溫度的影響。KIM等[9]提出了水合物分解過程中在流體流動和巖土力學(xué)過程之間的雙向耦合模型。該模型不僅考慮流體孔隙壓力對巖土力學(xué)過程的影響效應(yīng)，同時分析巖土力學(xué)過程對流體孔隙體積變化的影響。由于上述兩個模型只考慮地層的沉降變形，未對井壁穩(wěn)定性進行研究，不適用于評估水合物開采過程中的儲層穩(wěn)定性。

FREIJ-AYOUB等[10]提出了含水合物沉積地層中鉆孔的井壁穩(wěn)定性模型。此模型將多孔介質(zhì)中水合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性與流體流動、熱傳導(dǎo)以及力學(xué)變形等過程相耦合，將地層的力學(xué)特性設(shè)為多孔彈塑性，把水合物分解釋放的甲烷氣體和孔隙水看作一個流體相，地層的破壞條件由Mohr-Coulomb屈服準則來判斷，穩(wěn)定性用應(yīng)力場中孔隙壓力的變化來分析。但該模型沒有考慮水合物分解對流體滲透性的影響，而滲透性是水合物降壓開采影響壓降傳遞和產(chǎn)氣率的重要參數(shù)。

基于前人的研究和認識，本文將儲層沉降和井壁穩(wěn)定性結(jié)合到降壓開采過程中，建立了天然氣水合物降壓開采儲層穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型，同時考慮了孔隙度和滲透率等地質(zhì)參數(shù)變化的影響，并將該模型運用于墨西哥灣某處水合物藏，進行水合物降壓開采的模擬計算，分析了水合物降壓開采所導(dǎo)致的儲層沉降和井壁穩(wěn)定性問題。

圖1 天然氣水合物降壓開采概念圖Fig. 1 Schematic diagram of hydrate reservoir for gas hydrate production by depressurization

1 數(shù)學(xué)模型

天然氣水合物開采是一個復(fù)雜的過程，主要包括多相流體流動、熱對流和熱傳導(dǎo)、熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)以及地層的沉降變形[8,11]。而降壓開采主要依賴于壓降在水合物儲層內(nèi)的傳遞。壓力降低會改變儲層內(nèi)的應(yīng)力場，并導(dǎo)致儲層垂向沉降變形。因此壓力變化是分析水合物降壓開采儲層地質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

為了研究水合物降壓開采對儲層穩(wěn)定性的影響，構(gòu)建相對簡單易用的數(shù)學(xué)模型，對模型進行如下假設(shè)或簡化：（1）假設(shè)水合物分解為等溫過程，即水合物分解過程中儲層溫度不發(fā)生變化，而事實上水合物分解會導(dǎo)致儲層溫度降低，并使水合物分解所需的平衡壓力降低，不利于水合物分解和開采，但本文并不直接描述水合物分解的熱力學(xué)和動力學(xué)過程，只視壓力變化為水合物分解和壓力場函數(shù)的因子；此外，在含水合物的多孔介質(zhì)中，降壓導(dǎo)致的變形幾乎是注熱的十倍[8]。所以溫度變化對儲層穩(wěn)定性的影響可以忽略；（2）水合物分解效應(yīng)通過水合物飽和度來反映。水合物飽和度的減小會造成有效孔隙度的增加，而有效孔隙度的變化直接影響著滲透率、貯水率和內(nèi)聚力等地質(zhì)和力學(xué)參數(shù)的變化；（3）假設(shè)儲層沉積體為均質(zhì)各向同性，水平等厚，橫向無限延伸，巖土力學(xué)特性為線性多孔彈性，這在海洋天然氣水合物研究中是常見并合理的；（4）垂直井穿透整個儲層，流體水平流動且服從Darcy定律，且上覆和下伏沉積體為不透水層。這種假定基于水合物儲層往往為薄層沉積體，儲層中的流體流向井孔可基本視為水平流動并服從Darcy定律；另一方面這種假設(shè)不考慮垂向上的流體流動，也忽略上下層中的流體流向井孔；（5）假設(shè)分解產(chǎn)生的氣體被最大限度的抽取，忽略其對地層壓力的影響。上述假設(shè)使整個模型呈明顯簡化的一維特征，增強了模型的可用性。

本模型運用多孔介質(zhì)流體動力學(xué)分析降壓過程中儲層內(nèi)的壓力分布，只關(guān)注降壓造成的壓力變化以及相應(yīng)的應(yīng)力分布變化和垂直沉降，而不考慮水合物分解的具體過程。

1.1 儲層內(nèi)壓力分布

壓力降低會改變儲層應(yīng)力場，應(yīng)力場的變化則會影響儲層穩(wěn)定性。因此，分析儲層的穩(wěn)定性首先要研究儲層壓力的變化?；谝陨霞僭O(shè)，根據(jù)承壓含水層地下流體向完整井的非穩(wěn)定運動模型[12-13]，建立柱坐標(biāo)下儲層內(nèi)壓力分布的控制方程：

求解方程，則得到降壓過程中儲層壓力水平徑向分布函數(shù)：

式中：P0為儲層初始壓力；P為降壓后儲層壓力；Q為井孔水流量；M為儲層厚度；μ為水粘滯性系數(shù)；k為滲透率；t為時間；ρ為水密度；μs為貯水率，；α為多孔介質(zhì)壓縮系數(shù)；β為水壓縮系數(shù)。

設(shè)井孔半徑為rw，井孔處壓力為Pw，代入式（2）得：

聯(lián)立式（2）與式（3）可得：

由式（2）和式（4）便可求解儲層壓力分布。壓力是井孔壓力或流體流量的函數(shù)，因此通過改變井孔壓力或調(diào)節(jié)流量，即可實現(xiàn)降低儲層壓力的目的。

根據(jù)Kozeny-Carmen方程[14]，可知滲透率k：

水合物儲層內(nèi)有效孔隙度Ф為[2]：

式中：φ0為固有孔隙度。

由式（5）和式（6），則可得到：

式中：k0為儲層中無水合物的絕對滲透率，SH為水合物飽和度。

根據(jù)（6）式，儲層的貯水率可用下式表示：

甲烷水合物相平衡的溫度和壓強的關(guān)系運用下式[15]：

式中：TD和PD是水合物分解的平衡溫度和壓力（Pa），T0為273.15 K，a = 0.034 2/K，b = 0.000 5/K2，c = 6.480 4。本模型采用降壓開采的方法，假設(shè)水合物分解為等溫變化，不影響儲層內(nèi)的溫度。

1.2 儲層沉降

降壓造成的孔隙壓力變化會改變儲層內(nèi)的有效應(yīng)力，有效應(yīng)力的降低會導(dǎo)致地層的沉降變形。這里假設(shè)地層的側(cè)向受到限制，只有垂向上發(fā)生沉降變形。各向同性彈性多孔介質(zhì)垂向上的固結(jié)沉降控制方程為[16]：

幾何方程：

Terzaghi有效應(yīng)力原理：

在Biot理論中，導(dǎo)致地層沉降的孔隙壓力變化是在上覆荷載壓力的作用下發(fā)生的，這與水合物開采過程中的儲層孔隙壓力變化不一致，這里將上面推導(dǎo)得到的壓力分布式（4）引入到Biot理論中，并結(jié)合Terzaghi有效應(yīng)力原理來計算沉降量[16-17]。

1.3 井壁穩(wěn)定性

開采井改變儲層原位應(yīng)力的穩(wěn)定狀態(tài)，并導(dǎo)致井壁周圍的應(yīng)力集中。根據(jù)線性多孔彈性力學(xué)，垂直井周圍的應(yīng)力分布可描述為[18-19]：

式中：σr為徑向應(yīng)力，σθ為周向應(yīng)力，σz為垂向應(yīng)力，Pw為井孔壓力，v為泊松比，σH為最大水平地應(yīng)力，σh為最小水平地應(yīng)力，r為儲層內(nèi)到井孔的距離，θ為與最大水平地應(yīng)力的夾角。這里同時要考慮有效應(yīng)力原理，并以壓應(yīng)力為正。

圖2 垂直井井壁周圍應(yīng)力特征示意圖Fig. 2 Schematic diagram of stress of a vertical borehole

井壁穩(wěn)定性運用Mohr-Coulomb準則進行判斷：

式中：τn為剪應(yīng)力，σn為正應(yīng)力，C和φ分別為內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。

通過內(nèi)聚力的線性軟化來反映水合物分解對儲層沉積物強度的影響[10]：

式中：C和C0分別是最終和初始內(nèi)聚力，'φ和φ分別是最終和初始有效孔隙度，參數(shù)ψ設(shè)為1.2。

2 結(jié)果與討論

表 1 模型計算參數(shù)選?。▍⒖寄鞲鐬衬程幩衔锊兀㏕able 1 Model parameters (based on a hydrate reservoir at the Gulf of Mexico)

該模型描述了垂直井降壓開采過程中水合物儲層穩(wěn)定性問題，這里以墨西哥灣某處水合物藏的部分基本參數(shù)[10]為依據(jù)進行模擬計算，分析水合物降壓開采所導(dǎo)致的儲層沉降和井壁穩(wěn)定性問題。表1列出了各參數(shù)的值，下面對模擬結(jié)果進行討論。

2.1 壓力分布特征

水合物降壓開采是指降低含水合物沉積層內(nèi)的壓力，使其低于平衡壓力，驅(qū)動水合物發(fā)生分解。因此，壓力分布及其變化是儲層穩(wěn)定性問題研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵著力點。降壓可以通過兩種途徑實現(xiàn)：調(diào)節(jié)井孔流量和控制井孔壓力。圖3顯示了分別在控制井孔流量和井孔壓力條件下，儲層內(nèi)壓力分布特征及其隨時間的變化。井孔內(nèi)壓力最低，在井孔附近壓力急劇變化；而在儲層內(nèi)距井孔較遠處變化緩慢，最后接近儲層初始壓力。隨著時間的變化，壓降沿徑向向儲層內(nèi)傳播。由此可知，在井孔流量或井孔壓力恒定時，增長開采時間可以有效地降低儲層內(nèi)壓力。

根據(jù)式（9）計算得出儲層內(nèi)水合物保持相平衡穩(wěn)定的最小壓力為12.5 MPa，并在圖中標(biāo)出。因為水合物分解并不是瞬間發(fā)生，而且實際水合物分解時吸熱會降低儲層溫度，這樣就可能使相平衡壓力相應(yīng)減小，所以圖中低于12.5 MPa的區(qū)域顯示的是水合物可能發(fā)生分解的范圍。

儲層壓力是井孔流量和井孔壓力的函數(shù)，而且井孔流量越大或井孔壓力越小，降壓效果越好。圖4顯示了開采時間為1年，不同井孔流量和井孔壓力情況下，儲層壓力分布特征。隨著井孔流量的增大或井孔壓力的降低，壓降向儲層內(nèi)傳播的更遠更有效。分析儲層壓力分布的目的是為了分析儲層的應(yīng)力場，繼而分析水合物降壓開采對儲層穩(wěn)定性的影響。

圖3 水合物儲層壓力徑向分布及變化，（a）為定井孔流量3 × 10?3m3/s，（b）為定井孔壓力2 MPaFig. 3 Time variation of pressure in the vicinity of well in the reservoir for a given well flux 3 × 10?3m3/s (a) and a given well pressure 2 MPa (b), respectively

圖4 儲層壓力徑向分布特征，（a）為不同井孔流量，（b）為不同井孔壓力Fig. 4 The pressure profiles in the vicinity of well in the reservoir for different well flux (a) and various well pressure(b), respectively

2.2 儲層沉降分析

儲層孔隙壓力的降低導(dǎo)致沉降的發(fā)生，并且沉降的幅度取決于壓力降低的大小。圖5顯示了分別在給定井孔壓力（2 MPa）不同時間和給定時間（10年）不同井孔壓力條件下，開采井附近儲層的沉降情況。由圖可以發(fā)現(xiàn)，最大的沉降發(fā)生在井壁附近，沉降量向儲層內(nèi)逐漸減小。隨著時間的推進，沉降量增大。由圖4b和圖5b可知，降低井孔壓力可以更有效地降低儲層內(nèi)壓力，而結(jié)果則會導(dǎo)致更大的沉降。因此可知，沉降量與壓力降低值成正相關(guān)。計算顯示最大的沉降量低于0.08 m，即意味著垂直應(yīng)變小于0.3%。如此小的應(yīng)變不會造成儲層失穩(wěn)，因為儲層的垂直壓實超過5%才會有導(dǎo)致套管破裂的危險[6]。

水合物存在于沉積孔隙空間，是沉積體的組成部分，并起膠結(jié)作用，甚至支撐作用。因此，水合物降壓分解必然與壓降傳遞以及儲層沉降相關(guān)聯(lián)。圖6顯示開采時間為10年井孔壓力為2 MPa，儲層內(nèi)存在水合物分解與無水合物分解兩種情況下，沉降以及壓降曲線的對比。存在水合物分解時沉降量增大，這意味著水合物分解越多，沉降越大。水合物分解效應(yīng)會加劇儲層的沉降。由圖6a可以看到，兩種情況下的沉降曲線在井附近幾乎重合。圖6b可以很好地解釋這個現(xiàn)象，因為在井附近的壓降曲線同樣幾乎重合。這說明井孔附近的巖土力學(xué)響應(yīng)是由儲層范圍內(nèi)的壓降所驅(qū)動的[20]。

圖5 水合物儲層沉降特征，（a）為相同井孔壓力不同時間，（b）為相同時間不同井孔壓力Fig. 5 Settlement profiles for a given well pressure of time variation (a) and a certain time of various pressure (b), respectively

圖6 存在水合物分解效應(yīng)與無水合物分解效應(yīng)兩種情況的比較，（a）為沉降量的對比，（b）為壓力降低值的對比Fig. 6 Settlement and pressure profiles for comparison of different conditions of hydrate decomposition (a) and no hydrate decomposition (b)

2.3 井壁應(yīng)力分布和穩(wěn)定性分析

井孔會改變儲層原位應(yīng)力的穩(wěn)態(tài)，并導(dǎo)致井壁周圍的應(yīng)力集中。在降壓過程中，井孔附近儲層垂向、徑向和周向應(yīng)力分別表現(xiàn)出不同的變化特征。圖7顯示了在井孔壓力4 MPa開采時間10年，井壁和井孔附近儲層的有效應(yīng)力分布。徑向、周向和垂向應(yīng)力都是角度的函數(shù)，但井壁上只有周向和垂向應(yīng)力隨角度變化，而徑向應(yīng)力不發(fā)生變化。徑向和周向應(yīng)力與井孔壓力有關(guān)，所以改變井孔壓力只影響徑向和周向應(yīng)力，而對垂向應(yīng)力沒有影響。井孔會導(dǎo)致井壁周圍的應(yīng)力集中，井壁破壞最可能發(fā)生在井壁應(yīng)力最集中的地方。由于井壁上徑向應(yīng)力不發(fā)生變化，所以周向和垂向應(yīng)力達到最大值處最可能首先發(fā)生剪切破壞。因此在井壁和

分析井壁穩(wěn)定性需選擇合適的判定準則[21-22]，這里選擇在巖土力學(xué)中應(yīng)用最廣泛的Mohr-Coulomb準則進行井壁穩(wěn)定性分析。Mohr-Coulomb準則認為巖土的破壞主要是剪切破壞，巖土強度是由巖土本身抗剪切摩擦的內(nèi)聚力和剪切面上法向應(yīng)力產(chǎn)生的摩擦力構(gòu)成。根據(jù)Mohr-Coulomb準則，當(dāng)Mohr圓達到破壞線時發(fā)生剪切破壞，用式（14）定義的破壞線來說明井壁破壞的臨界條件。圖8a顯示了不同井孔壓力下應(yīng)力狀態(tài)的Mohr圓，據(jù)此可知，降低井孔壓力會不可避免的導(dǎo)致井壁破壞的危險。因此在這種情況下，鉆井設(shè)計必須要保證井壁的穩(wěn)定性。

然而，矛盾的是降低井孔壓力有助于水合物的分解，要保證井壁的穩(wěn)定又必須維持一定的井孔壓力。所以本文可以幫助選擇一個最合適的井孔壓力：既可以保證井壁穩(wěn)定，又可以更有效地降低儲層孔隙壓力。

在FREIJ-AYOUB等的模型中，墨西哥灣的水平應(yīng)力被視為是各向相等的。然而在墨西哥灣的Atwater 峽谷和Walker海脊都有因存在水平應(yīng)力差而導(dǎo)致鉆井破壞的報道[23]。為了說明水平應(yīng)力差的影響，圖8b顯示了不同水平應(yīng)力情況下應(yīng)力狀態(tài)的Mohr圓。如圖所示，當(dāng)最大水平應(yīng)力不變時，隨著最小水平應(yīng)力的減小，即水平應(yīng)力差的增大，井壁會更不穩(wěn)定，存在發(fā)生剪切破壞的危險。這意味著地層存在水平應(yīng)力差會增加井壁的不穩(wěn)定性。因此，在水合物藏開采前的地質(zhì)背景調(diào)查和潛力評價中，地層內(nèi)的水平應(yīng)力差是需要考察的重要參數(shù)。

圖7 有效應(yīng)力分布特征，（a）為井壁應(yīng)力分布，（b）為井孔附近儲層應(yīng)力分布Fig. 7 The effective stress distribution at the wellbore wall (a) and near the wellbore of directionθ=π/2 (b)

圖8 τn-σn面上的Mohr-Coulomb 準則和在井壁不同應(yīng)力狀態(tài)下的Mohr圓，（a）表示不同井孔壓力情況下應(yīng)力狀態(tài)的Mohr圓，（b）為不同水平應(yīng)力差情況下應(yīng)力狀態(tài)的Mohr圓Fig. 8 Mohr-Coulomb criterion inτn-σnplane (a) and Mohr’s circle corresponding to the stress states under various conditions (b)

綜合上述分析可知，在所研究的墨西哥灣某處水合物藏，降壓導(dǎo)致的儲層沉降不會造成開采過程中的安全性問題，但是存在井壁破壞的危險，因此降壓開采過程中需要特別注意保證井壁穩(wěn)定。

本模型基于多孔介質(zhì)的流體動力學(xué)和彈性力學(xué)，分析了天然氣水合物降壓開采過程中儲層孔隙壓力的變化以及相應(yīng)的應(yīng)力變化和垂直沉降。模型假設(shè)水合物分解為等溫過程，控制水合物分解的主要因素為孔隙壓力的降低，水合物分解區(qū)隨著壓力降低向儲層內(nèi)延伸，模型計算得到的水合物分解區(qū)可能會大于水合物實際發(fā)生分解的區(qū)域。然而根據(jù)分析結(jié)果，儲層穩(wěn)定性問題主要集中在井壁附近，所以分解區(qū)邊緣的誤差不會影響模型的適用性。

3 結(jié) 論

本文建立了天然氣水合物降壓開采儲層穩(wěn)定性模型，運用多孔介質(zhì)的流體動力學(xué)和多孔彈性力學(xué)，將儲層沉降和井壁穩(wěn)定性結(jié)合到水合物降壓開采過程中，根據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)降壓對水合物儲層穩(wěn)定性的顯著影響。在水合物降壓開采過程中，隨著井孔流量的增大和井孔壓力的降低，儲層內(nèi)壓降傳播得更遠更有效。孔隙流體壓力降低會導(dǎo)致儲層的沉降，最大的沉降發(fā)生在井壁附近；水合物分解的越多，儲層的沉降越大。降低井孔壓力有助于水合物的分解，但同時可能導(dǎo)致井壁破壞的潛在危險；在井壁附近，周向和垂向應(yīng)力達到最大處容易發(fā)生失穩(wěn)破壞；地層中的水平應(yīng)力差會增加井壁的不穩(wěn)定性。

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程家望（1990-），男，碩士研究生，主要從事天然氣水合物開采儲層穩(wěn)定性的研究。

蘇 正（1980-），男，博士，研究員，主要從事天然氣水合物成藏機制和開采潛力評價、海洋地質(zhì)和地質(zhì)流體動力學(xué)、深層地?zé)豳Y源和增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）研究。

A Geomechanical Stability Model Analysis of Hydrate Reservoir for Gas Hydrate Production by Depressurization

CHENG Jia-wang1,2,3, SU Zheng1,2, WU Neng-you1,2
(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 10049, China)

Abstract:A model based on the dynamics of fluids in porous media and poroelasticity is developed for analyzing geomechanical stability of hydrate reservoir, which is a challenge for commercial gas production from hydrate reservoir. This model, including subsidence of hydrate reservoir and wellbore stability, is applied to Gulf of Mexico, where the basic parameters and the in situ stresses are publicly published. It is concluded that subsidence of hydrate reservoir occurs due to the changes in pore pressure and the maximum subsidence occurs near the wellbore; the more hydrates decompose, the larger subsidence occurs. Decreasing well pressure will induce potential wellbore failure and the borehole failure is expected to initiate at those positions where the tangential and vertical stresses reach the maximum value. The horizontal stress contrast increases the instability of wellbore.

Key words:natural gas hydrate; depressurization; subsidence; wellbore stability

作者簡介：

通信作者：?蘇 正，E-mail：suzheng@ms.giec.ac.cn

基金項目：國家專項課題（GHZ2012006003）；國家自然科學(xué)基金面上項目（41276057）；中國科學(xué)院廣州能源研究所所長培育專項（Y407P51001）

* 收稿日期：2015-09-16

修訂日期：2015-12-24

文章編號：2095-560X（2016）01-0033-09

中圖分類號：TK01；TE1；P736

文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2016.01.006