水平井長(zhǎng)度對(duì)天然氣水合物藏降壓開采效果的影響

卓魯斌 于 璟 張宏源 周翠平

中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司

0 引言

目前天然氣水合物（以下簡(jiǎn)稱水合物）藏的開發(fā)方法大致可以分為降壓法、熱刺激法、注化學(xué)劑法以及CO2置換法，其中降壓法投入最低，是目前最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的開發(fā)方法[1-4]。我國(guó)在南海北部神狐海域先后成功實(shí)施兩次試采工作，實(shí)現(xiàn)了從“探索性試采”向“試驗(yàn)性試采”的重大跨越，也驗(yàn)證了降壓法開發(fā)南海水合物藏的技術(shù)可行性[5-6]。

水平井可以有效擴(kuò)大井筒與水合物藏的接觸長(zhǎng)度，加速氣和水的產(chǎn)出從而更快地實(shí)現(xiàn)降壓，我國(guó)第二次試采采用水平井降壓開采，獲得2.87×104m3的日產(chǎn)氣量，證明了水平井降壓開采水合物藏的有效性。此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水平井降壓開采水合物藏也開展了部分研究工作，Moridis等[7]采用TOUGH＋HYDRATE軟件對(duì)阿拉斯加北坡水合物藏水平井降壓開發(fā)的效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明水平井相對(duì)于直井可獲得更高的產(chǎn)氣速率，但由于水平井的鉆井和操作費(fèi)用高于直井，因而其適應(yīng)性有待進(jìn)一步評(píng)估；Li等[8]針對(duì)祁連山凍土區(qū)水合物藏進(jìn)行了水平井降壓開發(fā)的數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明降壓前期的產(chǎn)氣量明顯高于降壓后期，由于凍土區(qū)水合物藏的溫度較低，可用于分解的熱能較少，因而總體而言產(chǎn)氣能力較低；Yu等[9]針對(duì)日本南開海槽水合物藏開展了水平井降壓和注熱數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明單一水平井降壓開發(fā)時(shí)，水平井位于儲(chǔ)層上部有利于利用底蓋層中流體的熱能促進(jìn)水合物分解，且降壓和注熱相結(jié)合可以更好地提高水合物藏的開發(fā)效果；李剛等[10]以南海北部神狐海域水合物藏的地質(zhì)參數(shù)為基準(zhǔn)，建立了數(shù)值模擬模型并對(duì)水平井降壓開發(fā)的效果進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)水合物的分解區(qū)域主要為井周附近且產(chǎn)氣量在降壓約1年后可達(dá)最大值；申志聰?shù)萚11]建立了含有游離氣層的Ⅰ類水合物藏?cái)?shù)值模擬模型，并采用TOUGH＋HYDRATE模擬器對(duì)比了水平井和直井的開發(fā)效果，結(jié)果表明采用水平井開發(fā)時(shí)，游離氣的向上運(yùn)移不僅可以提高產(chǎn)氣速率，同時(shí)氣體中蘊(yùn)含的熱能可有效促進(jìn)水合物的分解，提高水合物藏的開發(fā)效果。雖然上述理論研究均表明水平井在水合物藏開發(fā)中具有很大的潛力，但目前的研究主要集中在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的變化規(guī)律分析等方面，水平井長(zhǎng)度對(duì)水合物降壓開發(fā)效果的影響尚缺少系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究。為此，筆者采用自行設(shè)計(jì)的水合物開采模擬實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)比了不同長(zhǎng)度水平井降壓開發(fā)水合物藏過程中，產(chǎn)氣產(chǎn)水和溫度壓力的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上采用TOUGH＋HYDRATE軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了擬合，進(jìn)而分析了水合物的分解規(guī)律，研究?jī)?nèi)容旨在為我國(guó)水合物藏的合理開發(fā)提供技術(shù)和理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖1為自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置流程圖。該裝置主要包括注入系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、水合物藏模擬系統(tǒng)等，其中注入系統(tǒng)主要包括ISCO驅(qū)替泵和裝有水、高壓甲烷的中間容器，其作用為向水合物藏模擬系統(tǒng)中注入水合物生成所需的甲烷氣和水。恒溫系統(tǒng)采用高低溫恒溫箱，恒溫精度為±0.5 ℃。采集系統(tǒng)主要包括與水合物藏模擬系統(tǒng)底部相連的測(cè)溫和測(cè)壓探頭、可實(shí)時(shí)測(cè)量燒杯中產(chǎn)出液質(zhì)量的高精度天平、信號(hào)收集箱以及計(jì)算機(jī)等。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

水合物藏模擬系統(tǒng)是該系統(tǒng)的核心裝置，圖2為水合物藏和水平井模型的實(shí)物圖以及水合物藏模型底部的孔眼分布。水合物藏模型內(nèi)槽尺寸為20 cm×20 cm×6 cm，由于模型的材質(zhì)為不銹鋼，其熱傳導(dǎo)率較大，前期探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)過程中沿模型頂?shù)椎臒崮軅鬟f對(duì)開發(fā)效果的影響較大。在進(jìn)行稠油熱采實(shí)驗(yàn)時(shí)陶泥常被作為頂?shù)咨w層的模擬材料并表現(xiàn)出了良好的隔熱效果[12-13]，為此本模型在頂?shù)赘麂佒埔粚雍穸燃s為1 cm的不滲透陶泥，模型的實(shí)際可填砂厚度約為4 cm。此外，為了降低四周壁面的傳熱并防止氣水沿光滑壁面竄流，模型四周采用玻璃膠進(jìn)行了粗糙化處理。

圖2 模型實(shí)物圖及孔眼分布圖

水合物藏模型底部的孔眼可作為溫壓測(cè)點(diǎn)和注采點(diǎn)（圖2-b），其中2號(hào)、4號(hào)和5號(hào)孔眼為溫度測(cè)點(diǎn)，6號(hào)、7號(hào)和9號(hào)孔眼為壓力測(cè)點(diǎn)，其余孔眼為注采孔眼。測(cè)溫和測(cè)壓探頭通過信號(hào)收集器與計(jì)算機(jī)相連，用來記錄各測(cè)點(diǎn)在降壓開發(fā)過程中的溫度和壓力變化。水平井模型為外徑6 mm的不銹鋼管柱（圖2-a），通過打孔模擬井筒射孔，水平井段距離與其平行的模型側(cè)邊的距離為10 cm，即水平井位于水合物藏模型的中心位置處。為了對(duì)比水平井長(zhǎng)度對(duì)開發(fā)效果的影響，制作了6 cm、10 cm、14 cm三種不同射孔長(zhǎng)度的水平井模型?？啥x無因次水平井長(zhǎng)度為：

式中LD表示無因次水平井長(zhǎng)度，為水平井射孔段長(zhǎng)度占單井控制區(qū)域沿水平井方向長(zhǎng)度的百分比，由于水合物藏模型沿水平井方向的長(zhǎng)度為20 cm，因而6 cm、10 cm、14 cm三種射孔段長(zhǎng)度水平井模型所對(duì)應(yīng)的無因次水平井長(zhǎng)度分別為0.3、0.5和0.7；Lw表示水平井射孔段長(zhǎng)度，cm；Lm表示水合物藏模型長(zhǎng)度，cm。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料及步驟

實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，實(shí)驗(yàn)用氣為純度99.9%的甲烷氣，水合物藏模型采用140目石英砂填制。實(shí)驗(yàn)具體操作步驟如下：

1）采用石英砂進(jìn)行模型充填，采用多點(diǎn)輪換注入的方式對(duì)水合物藏模型飽和水，根據(jù)進(jìn)水量計(jì)算模型孔隙度，其中多點(diǎn)輪換注入方式的具體做法為：首先采用圖2-b中的孔眼1作為注入點(diǎn)，孔眼10為產(chǎn)出點(diǎn)，當(dāng)孔眼10無氣體產(chǎn)出時(shí)，關(guān)閉孔眼10并打開孔眼3繼續(xù)驅(qū)替，當(dāng)孔眼3無氣體產(chǎn)出時(shí)關(guān)閉孔眼3并打開孔眼8繼續(xù)驅(qū)替，當(dāng)孔眼8無氣體產(chǎn)出時(shí)將注入點(diǎn)變換至孔眼8、孔眼10或孔眼3并參照上述方法繼續(xù)進(jìn)行驅(qū)替，當(dāng)4個(gè)注采孔眼均輪換完成后飽和結(jié)束。

2）采用多點(diǎn)輪換注入的方式注入甲烷氣并驅(qū)替出部分水，然后封閉出口端注入高壓氣將模型壓力上升至13 MPa。

3）關(guān)閉入口端并將恒溫箱溫度設(shè)定為8 ℃進(jìn)行水合物生成，通過溫度和壓力數(shù)據(jù)變化監(jiān)測(cè)水合物的生成狀況。

4）當(dāng)系統(tǒng)壓力不再變化時(shí)認(rèn)為水合物已經(jīng)生成完畢，回壓閥設(shè)置為13 MPa，注水驅(qū)替模型中剩余的自由氣，當(dāng)多點(diǎn)輪換注入均無氣產(chǎn)出時(shí)可認(rèn)為模型中的自由氣已被完全采出，關(guān)閉注入端靜置24 h并按照本文參考文獻(xiàn)[2]中的方法計(jì)算模型中水合物和水的飽和度。

5）調(diào)節(jié)回壓閥的壓力值為3 MPa，打開位于水合物藏中部的模擬井進(jìn)行水合物分解實(shí)驗(yàn)，其中模擬井為圖2-a中所展示的外徑為6 mm的鋼制打孔管柱。實(shí)驗(yàn)過程中模擬井纏繞鐵砂網(wǎng)進(jìn)行防砂。

6）當(dāng)產(chǎn)氣和產(chǎn)水速率較低時(shí)實(shí)驗(yàn)停止，降壓升溫使得水合物全部分解并排出模型中的剩余氣體。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)采用3種射孔段長(zhǎng)度的水平井模型成功開展降壓開發(fā)實(shí)驗(yàn)3組，各組實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的水合物模型基本物性參數(shù)如表1所示。從表1可以看出，各組填砂模型的孔隙度和水合物飽和度較為接近，具有良好的可對(duì)比性。水合物藏模型的絕對(duì)滲透率無法直接進(jìn)行測(cè)量，因而采用水合物藏模型所采用的140目石英砂對(duì)一維填砂管進(jìn)行填砂，并盡量保證填砂管與水合物藏模型具有相似的石英砂壓實(shí)程度，通過水驅(qū)實(shí)驗(yàn)測(cè)得滲透率約為0.34 μm2。

表1 降壓開采實(shí)驗(yàn)基本物性參數(shù)表

2.1 產(chǎn)氣動(dòng)態(tài)對(duì)比

圖3和圖4分別為3組實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)氣速率和累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比，圖5和圖6分別為產(chǎn)水速率和累計(jì)產(chǎn)水量對(duì)比。從圖3、5可以看出，產(chǎn)量的劇烈變化主要發(fā)生在實(shí)驗(yàn)前期，為了更加直觀地展示產(chǎn)氣和產(chǎn)水速率在實(shí)驗(yàn)前期的變化規(guī)律，圖3和圖5中對(duì)15 min內(nèi)的產(chǎn)氣和產(chǎn)水曲線進(jìn)行了局部放大。從局部放大圖中可以看出，3組實(shí)驗(yàn)均表現(xiàn)為產(chǎn)氣速率快速上升，到達(dá)峰值后震蕩式下降的趨勢(shì)，而產(chǎn)水量則是在降壓初期獲得峰值后快速下降，當(dāng)產(chǎn)水量較低時(shí)保持不規(guī)律的上下波動(dòng)。這主要是因?yàn)槟Ｐ偷某跏級(jí)毫^高，可動(dòng)水處于高壓狀態(tài)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)開始后，可動(dòng)水首先呈噴涌狀產(chǎn)出，同時(shí)伴隨著模型壓力的快速下降，近井地帶水合物大量分解，分解后孔隙度和滲透率的上升則可進(jìn)一步促進(jìn)分解氣的產(chǎn)出。此外水合物的分解是一個(gè)吸熱反應(yīng)，由于沒有穩(wěn)定的熱源供給，水合物分解速度快速降低，因而產(chǎn)氣量到達(dá)峰值后也快速下降。

圖3 產(chǎn)氣速率對(duì)比圖

圖4 累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比圖

圖5 產(chǎn)水速率對(duì)比圖

圖6 累計(jì)產(chǎn)水量對(duì)比圖

無因次水平井長(zhǎng)度LD為0.7、0.5和0.3時(shí)所對(duì)應(yīng)的峰值產(chǎn)氣速率分別為3 122 mL/min、2 640 mL/min和2 300 mL/min，到達(dá)產(chǎn)氣峰值的時(shí)間分別為2分40秒、4分50秒以及6分20秒。這說明水平井長(zhǎng)度越大，其產(chǎn)氣峰值越高，到達(dá)產(chǎn)氣峰值所需要的時(shí)間也越短。這主要是由于水平井可以有效增大泄水和泄氣面積，因而降壓開始后水平井長(zhǎng)度最大的方案可以獲得最高的初始產(chǎn)水速率（圖5），對(duì)應(yīng)的模型降壓速度和水合物的分解速度也最大，同時(shí)分解氣需運(yùn)移至射孔段并被采出，水平井長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其泄氣面積越大，分解氣的產(chǎn)出速率也越快。然而，從圖3所示的局部放大圖可以看出，LD為0.7的方案其產(chǎn)氣速率在達(dá)到峰值后快速降低，且在6～12 min時(shí)其產(chǎn)氣速率低于其他方案，而與之相反，LD為0.3的方案雖然在開發(fā)初期產(chǎn)氣速率上升較慢，但在該階段其產(chǎn)氣速率最高。這說明較長(zhǎng)的水平段雖然可以獲得較高的初期產(chǎn)氣速度，但在無持續(xù)熱能供應(yīng)的情況下，可分解的水合物總量是有限的，因而較高的峰值產(chǎn)量往往對(duì)應(yīng)著更快的產(chǎn)量遞減速度。

從圖4和圖6可以看出，水平井段越長(zhǎng)累計(jì)產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)水量也越高，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)LD為0.7、0.5和0.3所對(duì)應(yīng)的累產(chǎn)氣量分別為20 749 mL、19 865 mL和17 221 mL，對(duì)應(yīng)的累產(chǎn)水量分別為201 mL、194 mL和178 mL。假設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)整個(gè)模型內(nèi)的壓力均已降至3 MPa，則根據(jù)表1中各組實(shí)驗(yàn)的基本參數(shù)以及圖3至圖6中的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，采用體積守恒方法[14]可計(jì)算得到LD為0.7、0.5和0.3所對(duì)應(yīng)的水合物分解率（分解的水合物量與初始水合物量之比）分別為0.67、0.63和0.58。

2.2 溫度和壓力變化規(guī)律

圖7為3組實(shí)驗(yàn)的溫度和壓力變化規(guī)律的對(duì)比。由于模型尺度較小，溫度和壓力傳播速度較快，因而與水平井較為接近的各測(cè)點(diǎn)的溫壓變化差異較小。為了體現(xiàn)出溫度和壓力的變化過程，選取位于水合物藏模型側(cè)邊附近的溫度測(cè)點(diǎn)2和壓力測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)9進(jìn)行不同方案的溫度和壓力數(shù)據(jù)對(duì)比。同時(shí)，溫度和壓力變化數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)開始15 min后趨同，壓力均降至回壓閥設(shè)定壓力3 MPa左右，而溫度則降至3 MPa所對(duì)應(yīng)的平衡溫度1.5 ℃附近，因而圖7中僅展示了降壓開始后15 min內(nèi)的測(cè)點(diǎn)溫度和壓力對(duì)比。從圖7可以看出，壓力曲線表現(xiàn)為明顯的三段式特征，即快速下降段、緩慢下降段和平穩(wěn)段。降壓開始后由于自由水的大量產(chǎn)出壓力快速降低至5 MPa左右，同時(shí)水平井長(zhǎng)度越大，降壓速度越快。隨著自由水產(chǎn)出速度的降低和水合物的快速分解，測(cè)點(diǎn)壓力下降速度變緩并最終降至設(shè)定壓力左右。相比于壓力的急劇變化，溫度的變化則相對(duì)平緩，測(cè)點(diǎn)溫度從初始環(huán)境溫度8 ℃逐漸降低到1.5 ℃左右。水平井長(zhǎng)度越大，降壓速度越快，因而水合物的分解速度和溫度的下降速度也越快。

圖7 溫度和壓力變化規(guī)律對(duì)比圖

3 基于數(shù)值模擬的水合物分解規(guī)律分析

3.1 數(shù)值模擬模型的建立及歷史擬合

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)雖然可以更加真實(shí)地反映水合物的分解規(guī)律和氣水產(chǎn)出規(guī)律，但由于監(jiān)測(cè)手段和實(shí)驗(yàn)誤差的限制，物理場(chǎng)的時(shí)變特征尤其是水合物飽和度的變化規(guī)律難以準(zhǔn)確獲得。而數(shù)值模擬技術(shù)具有費(fèi)用低、速度快、模擬結(jié)果直觀等特點(diǎn)，可一定程度上彌補(bǔ)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的缺陷[15-16]。TOUGH＋HYDRATE是美國(guó)勞倫茲伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室推出的一款水合物藏開發(fā)數(shù)值模擬器，目前已被廣泛應(yīng)用于水合物藏的開發(fā)機(jī)理分析、優(yōu)化方案制訂等方面[17-18]。為了進(jìn)一步研究水平井長(zhǎng)度對(duì)降壓開發(fā)過程中水合物飽和度變化規(guī)律的影響，筆者首先建立實(shí)驗(yàn)室尺度數(shù)值模擬模型，然后在產(chǎn)氣量擬合的基礎(chǔ)上分析不同長(zhǎng)度水平井降壓開發(fā)時(shí)水合物的分解規(guī)律。

模型采用21×21×21的網(wǎng)格體系，平面上采用等間距網(wǎng)格，單個(gè)網(wǎng)格步長(zhǎng)為0.95 cm，垂向上第一層和最后一層的厚度均為1 cm，用于模擬頂?shù)咨w層，水合物藏部分細(xì)分為19個(gè)垂向網(wǎng)格，單個(gè)網(wǎng)格厚度為0.21 cm。頂?shù)咨w層的孔隙度設(shè)定為0.01，滲透率為0，考慮到三次實(shí)驗(yàn)中模型的孔隙度和水合物飽和度差異較小，為了使得后續(xù)的機(jī)理分析更具對(duì)比性，數(shù)值模擬模型中水合物層的孔隙度及水合物飽和度按照室內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)參數(shù)的平均值進(jìn)行初始化。采用動(dòng)力學(xué)模型精細(xì)模擬水合物的分解動(dòng)態(tài)，相對(duì)滲透率模型采用修正的Stone模型[19]，即：

式中krw表示水相相對(duì)滲透率，無量綱；krg表示氣相相對(duì)滲透率，無量綱；Sw表示含水飽和度，無量綱；Sg表示含氣飽和度，無量綱；Sirw表示束縛水飽和度，無量綱；Sirg表示束縛氣飽和度，無量綱；nw表示水相相滲指數(shù)，無量綱；ng表示氣相相滲指數(shù)，無量綱。

毛細(xì)管力模型采用van Genuchten模型[20]，其表達(dá)式為：

式中pcap表示毛細(xì)管力，Pa；pco表示毛細(xì)管力基準(zhǔn)值，Pa；λ表示毛細(xì)管力指數(shù)。

采用EPM（Evolving Porous Medium）模型表征水合物生成和分解對(duì)滲透率所造成的影響，其表達(dá)式為：

式中k表示含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的絕對(duì)滲透率，μm2；k0表示水合物完全分解后多孔介質(zhì)的絕對(duì)滲透率，μm2；表示含水合物時(shí)多孔介質(zhì)的孔隙度，無量綱；c表示臨界孔隙度，即多孔介質(zhì)滲透率降低為0時(shí)的孔隙度，無量綱；0表示水合物完全分解后多孔介質(zhì)的孔隙度，無量綱；n表示絕對(duì)滲透率指數(shù)，無量綱，其表征水合物分解對(duì)滲透率的影響程度，n值越大，則絕對(duì)滲透率隨水合物飽和度增加而降低的速度越快。參照J(rèn)i等[21]和Phirani等[22]的研究結(jié)果，本文中c取值0.1，n取值3。

主要通過調(diào)整相對(duì)滲透率曲線、毛細(xì)管力曲線的參數(shù)值以及小幅調(diào)整熱物性參數(shù)的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)氣量進(jìn)行歷史擬合，表2為TOUGH＋HYDRATE軟件中的主要參數(shù)取值，圖8為產(chǎn)氣量的歷史擬合結(jié)果。從圖8可以看出，雖然局部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在偏差，但實(shí)驗(yàn)的整體趨勢(shì)擬合較好，模型可用來進(jìn)行后續(xù)的機(jī)理分析。

表2 數(shù)值模擬模型主要參數(shù)表

圖8 產(chǎn)氣速率擬合結(jié)果圖

3.2 水合物分解規(guī)律分析

由于模型尺度較小，壓力和溫度的變化規(guī)律較為簡(jiǎn)單，即模型的壓力在短時(shí)間內(nèi)降低至設(shè)定壓力附近，而溫度則在較短的時(shí)間內(nèi)降低至設(shè)定壓力所對(duì)應(yīng)的平衡溫度附近（圖7），因而本部分主要在歷史擬合的基礎(chǔ)上對(duì)飽和度場(chǎng)進(jìn)行分析。圖9為不同水平井長(zhǎng)度時(shí)水合物飽和度的分布對(duì)比，其中5 min代表降壓開發(fā)前期，而60 min代表降壓開發(fā)后期，水平井在圖中用黑色線條表示。從圖9可以看出，各方案的水合物飽和度場(chǎng)的分布規(guī)律較接近，即水平井處水合物飽和度最低，其次為頂?shù)咨w層處，其余位置水合物飽和度則較高。這主要是因?yàn)樗骄帀毫ψ畹?，因而水合物分解速度最快，而接近上下頂?shù)咨w層處的水合物則可以吸收頂?shù)咨w層中的熱能用于水合物分解。從圖9-a中可以看出，水平井長(zhǎng)度越大，低水合物飽和度的區(qū)域也越大，這說明較長(zhǎng)的水平段有利于擴(kuò)大水合物的分解區(qū)域。但同時(shí)從圖9-b中可以看出，由于沒有熱能供給，降壓開發(fā)后期水合物藏中仍然有大量的剩余水合物未被分解，因而有必要轉(zhuǎn)變開發(fā)方式，進(jìn)一步促進(jìn)水合物分解，提高開發(fā)效果。圖10為不同水平井長(zhǎng)度時(shí)的含氣飽和度分布對(duì)比，可以看出，水平井長(zhǎng)度越大，降壓開發(fā)前期的含氣飽和度也越高，這說明長(zhǎng)水平段所導(dǎo)致的快速降壓可以大大加速水合物的分解速度。同時(shí)從圖10-b中可以看出，降壓開發(fā)后期水合物藏頂部的含氣飽和度仍然較高，這說明由于蓋層傳熱和氣水重力差的影響，水合物藏降壓開發(fā)容易產(chǎn)生次生氣頂，因而水平井鉆井位置位于水合物藏上部時(shí)有利于降低分解氣的超覆，提高分解氣產(chǎn)量。

圖9 水合物飽和度分布對(duì)比圖

圖10 含氣飽和度分布對(duì)比圖

4 結(jié)論

1）對(duì)于水和水合物共存的水合物藏，高壓可動(dòng)水在降壓初期大量產(chǎn)出，同時(shí)地層壓力快速下降，水合物大量分解。在降壓開發(fā)后期由于沒有穩(wěn)定的熱源供給，水合物分解速度快速降低，產(chǎn)氣量呈現(xiàn)初期快速上升到達(dá)峰值后震蕩式下降的趨勢(shì)；

2）水平井可以有效增大泄水和泄氣面積，因而水平井長(zhǎng)度越大，降壓速度越快，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣峰值越高，到達(dá)產(chǎn)氣峰值所需要的時(shí)間也越短。但在沒有熱源供應(yīng)的情況下，可分解的水合物總量有限，因而水平井段越長(zhǎng)產(chǎn)量遞減速度也越快；

3）數(shù)值模擬結(jié)果表明水平井段附近地層為低水合物飽和度區(qū)，因而長(zhǎng)水平段有利于擴(kuò)大水合物的分解區(qū)域。但降壓開發(fā)后期儲(chǔ)層溫度已降至平衡溫度附近，水合物分解速度減慢，水合物藏中仍然殘存大量未分解水合物，有必要轉(zhuǎn)變開發(fā)方式，進(jìn)一步利用長(zhǎng)水平段的優(yōu)勢(shì)提高水合物的分解量和開發(fā)效果；

4）蓋層中所包含的熱能可促進(jìn)水合物的分解，同時(shí)由于氣水重力差的影響，水合物藏降壓開發(fā)過程中易在頂蓋層附近形成次生氣頂，因而水平井打井位置靠近水合物藏上部有利于降低分解氣的超覆，提高產(chǎn)氣量。