礫石充填介質(zhì)復(fù)合堵塞對天然氣水合物儲層產(chǎn)能的影響規(guī)律研究

賽福拉·地力木拉提，董長銀，李彥龍，陳 強，劉晨楓，王浩宇

（1.非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點試驗室（中國石油大學(xué)（華東）），山東青島 266580；2.中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島 266073）

天然氣水合物分布廣、資源量大，是一種開發(fā)利用潛力巨大的清潔能源[1-2]。日本南海海槽、加拿大Mallik礦場等區(qū)域的試采結(jié)果表明，儲層出砂是制約天然氣水合物開采效果的關(guān)鍵問題之一。我國南海海域天然氣水合物儲層埋深較淺，為半流砂弱膠結(jié)類型，泥質(zhì)含量高達25%，地層砂粒度約為10～15 μm，是典型的泥質(zhì)粉砂型天然氣水合物儲層，初步分析認為具備出砂條件[3-5]。礫石充填是防止該類儲層出砂的一種技術(shù)方法，但從常規(guī)油氣藏開采經(jīng)驗來看，礫石層堵塞會造成生產(chǎn)井產(chǎn)能受損[6]；天然氣水合物開采可能也面臨這一問題，地層砂和井底二次生成水合物可能是泥質(zhì)粉砂天然氣水合物儲層礫石充填層堵塞的主要因素[4,7-8]。針對泥質(zhì)粉砂對充填層的堵塞問題，研究人員在氣液攜砂條件下進行充填層擋砂試驗，揭示了泥質(zhì)粉細砂對充填層的微觀堵塞機理；對比分析礫石等不同充填介質(zhì)的堵塞規(guī)律，論證了提高充填層抗堵性能的可行性[9-12]；還有學(xué)者針對泥質(zhì)粉砂天然氣水合物儲層開展了防砂方法和參數(shù)優(yōu)化研究，初步提出了礫石尺寸設(shè)計方法[13-15]。目前，針對水合物生成堵塞充填層的研究尚處于起步階段，有研究者對防砂篩網(wǎng)進行了水合物冰堵試驗，初步揭示了水合物生成引起防砂篩網(wǎng)堵塞的規(guī)律[16]。

針對天然氣水合物儲層充填層堵塞及其對產(chǎn)能的影響問題，目前研究主要著眼于泥質(zhì)粉砂堵塞充填層的基本機理和規(guī)律，以及充填層抗堵性能的初步優(yōu)化。泥質(zhì)粉砂和二次生成水合物對充填層的復(fù)合堵塞機理及充填層堵塞條件下水合物開采井的產(chǎn)能變化規(guī)律尚不明確。為此，筆者采用試驗方法研究了泥質(zhì)粉砂堵塞和水合物二次生成堵塞充填層的規(guī)律，基于不同堵塞特征分析了水合物-泥質(zhì)粉砂復(fù)合堵塞充填層的機理；在此基礎(chǔ)上，建立了充填層堵塞條件下礫石充填天然氣水合物水平井產(chǎn)能的預(yù)測模型，實例分析了復(fù)合堵塞礫石充填層對產(chǎn)能的影響規(guī)律，為泥質(zhì)粉砂天然氣水合物儲層產(chǎn)能優(yōu)化研究提供了理論依據(jù)。

1 礫石充填層泥質(zhì)粉砂堵塞模擬試驗

1.1 試驗原理與試驗方法

天然氣水合物分解后產(chǎn)生的氣水向礫石充填防砂井流動，從巖石骨架剝落的砂粒在氣水?dāng)y帶作用下向井筒流動。在礫石充填層阻擋下，被地層流體攜帶入井的固體顆粒粗組分會被擋在礫石充填層外，達到防砂效果，然而流體中的泥質(zhì)粉砂被攜入礫石充填層，導(dǎo)致礫石充填層堵塞。

為模擬氣液攜砂流動條件下礫石充填層被水合物儲層產(chǎn)出泥質(zhì)粉砂的堵塞過程，構(gòu)建了充填介質(zhì)擋砂模擬試驗系統(tǒng)，主要包括儲液罐、螺桿泵、空氣壓縮機、氣液混合器、單向流驅(qū)替單元、加砂器、集砂器和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其流程如圖1所示。單向流驅(qū)替單元為圓柱形短節(jié)組合而成的擋砂流動模擬裝置，用于放置圓形網(wǎng)片類或顆粒類充填介質(zhì)，采用透明材料制作，配合可移動式顯微成像系統(tǒng)，可觀察充填介質(zhì)的擋砂及流體流動形態(tài)；包含3個直徑分別為55，80和100 mm的單元，用于在給定泵和空壓機最大排量情況下靈活調(diào)整流體流速。螺桿泵和空氣壓縮機分別提供水和氣體，通過氣液混合器實現(xiàn)混合，模擬水合物儲層氣水產(chǎn)出。充填介質(zhì)兩側(cè)可安裝差壓傳感器監(jiān)測流動壓降，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取氣和水的流量、壓力等數(shù)據(jù)。

考慮螺桿泵排量與單向流驅(qū)替單元直徑之間的匹配，主要使用直徑80 mm的驅(qū)替單元進行試驗。首先，單向流驅(qū)替單元中充填礫石，地層砂通過自動加砂器在泵前混入水相，通過設(shè)置螺桿泵和空氣壓縮機排量，可調(diào)整驅(qū)替裝置內(nèi)水氣比和流量；然后，經(jīng)過氣液混合器混合后的氣水?dāng)y砂流體沖擊單向流驅(qū)替單元中的充填介質(zhì)，模擬充填介質(zhì)堵塞及擋砂過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄驅(qū)替擋砂過程中的氣水流量、壓力和充填介質(zhì)兩端壓差隨時間的變化，根據(jù)達西定律可計算充填層的滲透率變化，并分析充填介質(zhì)堵塞規(guī)律。

1.2 試驗條件與試驗材料

在常溫條件下進行泥質(zhì)粉砂堵塞充填介質(zhì)試驗，分別用清水和空氣模擬水合物儲層產(chǎn)出水和天然氣。地層砂模擬目標(biāo)為南海海域水合物儲層典型地層砂，其粒徑中值約為10 μm。將湖沼沉砂、商業(yè)石英砂及黏土礦物混配模擬泥質(zhì)粉砂，其粒徑中值為10.17 μm，均質(zhì)系數(shù)為6.31。模擬泥質(zhì)粉砂的泥質(zhì)含量為26%，黏土礦物主要為伊利石和伊/蒙間層。模擬地層砂與神狐海域?qū)嶋H地層砂粒徑分布及礦物組成相似度良好，可以用于泥質(zhì)粉砂水合物儲層充填介質(zhì)擋砂過程模擬試驗。

試驗使用的充填介質(zhì)為相同粒徑的石英砂與人造陶粒，粒徑分別為 80～170 μm和170～320 μm。設(shè)置螺桿泵水相排量約0.6 m3/h，空氣壓縮機排量控制在1.5 m3/min左右?？諝鈮嚎s機出口連接儲氣罐和流量調(diào)節(jié)閥，保持氣體流量穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)加砂器電動機轉(zhuǎn)速控制加砂速度，實現(xiàn)恒速持續(xù)加砂，加砂速度約為0.6 g/min。

1.3 不同介質(zhì)充填層泥質(zhì)粉砂堵塞規(guī)律

基于上述試驗材料和條件參數(shù)，進行了12組充填層泥質(zhì)粉砂堵塞模擬試驗。試驗過程中監(jiān)測流量比、壓差比和滲透率比隨時間的變化情況（見圖2），以分析不同介質(zhì)充填層的堵塞規(guī)律。

圖2 不同介質(zhì)充填層滲透率比、壓差比和流量比隨時間的變化Fig.2 Variation of permeability ratio,pressure difference ratio,and flow ratio of different packing layers with time

從圖2可以看出，陶粒和石英砂充填層的堵塞規(guī)律基本相似。加砂開始階段，地層砂隨流體流入充填層內(nèi)部且滯留堵塞過流通道，導(dǎo)致充填層滲透率比和流量比降低，壓差比升高；隨著驅(qū)替時間增大，三者逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)這一特征，可將堵塞過程分為堵塞開始、堵塞加劇及堵塞平衡等3個階段，與文獻[6]的研究結(jié)論一致。

以滲透率比與壓差比曲線相交點“O”對應(yīng)的時刻為界，將驅(qū)替過程分成2個階段，分析了各階段滲透率比、流量比和壓差比的變化特征?？梢园l(fā)現(xiàn)，從驅(qū)替開始到“O”點對應(yīng)時刻，充填層滲透率急劇下降，驅(qū)替壓差則緩慢上升，流量基本保持穩(wěn)定；“O”點處的滲透率比降幅高達90%，但壓差比升幅僅為10%～11%。從“O”點開始，壓差比隨時間快速上升，滲透率比下降速度較為減慢，流量比也緩慢下降。這說明當(dāng)?shù)[石充填防砂井生產(chǎn)壓差開始明顯增大時，礫石充填層滲透率很可能已大幅下降。

不同粒徑陶粒和石英砂充填層的最終堵塞程度計算結(jié)果如圖3所示。最終堵塞程度是指充填層堵塞平衡后滲透率的降幅與初始滲透率之比。粒徑80～170 μm陶粒和石英砂充填層最終堵塞程度的平均值分別為96.12%和95.43%；粒徑170～320 μm陶粒和石英砂充填層最終堵塞程度的平均值分別為94.95%和95.16%。粒徑80～170 μm介質(zhì)充填層的堵塞程度高于粒徑170～320 μm的介質(zhì)充填層，兩者相差0.27～1.17百分點。

圖3 不同粒徑陶粒和石英砂充填層的最終堵塞程度Fig.3 Ultimate plugging degree of layers packed by ceramsite and quartz sand with different particle sizes

2 不同介質(zhì)充填層水合物生成堵塞模擬試驗

2.1 試驗原理與試驗方法

水合物降壓開采過程中當(dāng)井底流壓下降過快且降幅較大時，井底溫度因焦耳-湯姆孫效應(yīng)顯著降低[17-18]，此時流動在礫石充填層中的天然氣和水受低溫影響再次生成水合物，并造成堵塞。為模擬上述堵塞過程，制作充填介質(zhì)模塊，在高壓低溫及氣-液單向流動驅(qū)替條件下對充填介質(zhì)模塊進行水合物二次生堵塞試驗。根據(jù)充填介質(zhì)模塊瞬時流量及兩端壓差，計算充填介質(zhì)模塊的滲透率。

水合物生成堵塞充填介質(zhì)模擬試驗裝置由充填介質(zhì)夾持裝置、恒溫箱、高壓平流泵、循環(huán)管路、真空管路、注氣管路、流量計、壓差傳感器、溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成（見圖4）。圓柱形充填介質(zhì)模塊放置于夾持裝置內(nèi)部，在恒溫箱水槽內(nèi)連接管路，利用真空泵抽出管路中的氣體，然后注入去離子水。通過注氣泵注入甲烷氣體，直至管內(nèi)壓力達到目標(biāo)值后開始循環(huán)，并開啟恒溫箱降溫。循環(huán)過程中記錄充填介質(zhì)模塊瞬時流量、溫度及兩端壓差等參數(shù)。堵塞后，當(dāng)瞬時流量與壓差達到平衡狀態(tài)時停止循環(huán)，結(jié)束試驗。

圖4 水合物生成堵塞充填介質(zhì)模擬試驗裝置Fig.4 Simulation test device for plugging of packing media caused by hydrate formation

2.2 試驗條件與試驗材料

水合物二次生成堵塞試驗以陶粒與石英砂為充填介質(zhì)，其粒徑分別為80～170 μm和170～320 μm。充填介質(zhì)模塊圓柱形容器的高度為20 mm，容器內(nèi)部的兩端裝有濾網(wǎng)，以免試驗過程中容器中的充填介質(zhì)流失。試驗在低溫高壓環(huán)境下進行，利用甲烷氣體（純度99%）與去離子水實現(xiàn)水合物生成。根據(jù)水合物的生成條件，試驗初始溫度設(shè)定為15 ℃，目標(biāo)溫度設(shè)定為4 ℃，通過恒溫箱控制。試驗初始壓力設(shè)定為6.5 MPa，通過注入甲烷氣體實現(xiàn)。試驗設(shè)定平流泵流量為4 000 mL/min。

2.3 不同介質(zhì)充填層水合物生成堵塞規(guī)律

按照上述試驗方法，試驗溫度、壓力條件相同，分別對粒徑80～170 和170～320 μm的陶粒與石英砂充填介質(zhì)模塊進行20組水合物生成堵塞試驗，得到流量比、壓差比和滲透率比隨時間的變化情況（見圖5和圖6），以分析充填層的堵塞規(guī)律。

圖5 不同介質(zhì)充填層壓差比和流量比隨時間的變化Fig.5 Variation of pressure difference ratio and flow ratio of different packing layers with time

圖6 不同介質(zhì)充填層滲透率比和溫度隨時間的變化Fig.6 Variation of permeability ratio and temperature of different packing layers with time

從圖5和圖6可以看出，生成水合物前，充填層的滲透率比隨時間緩慢降低，流量比和壓差比隨驅(qū)替時間變化不明顯。滲透率比微降的原因在于，隨著溫度降低，充填層內(nèi)生成一定量的水合物晶核體[19-20]，其導(dǎo)致充填層輕微堵塞，因此該階段被稱為水合物成核堵塞階段。一旦開始生成水合物，壓差迅速增大、瞬時流量與滲透率迅速降低，然后三者趨于穩(wěn)定，該階段為水合物生成堵塞階段。水合物生成堵塞階段開始后約11～17 min，瞬時流量與壓差出現(xiàn)明顯波動。這是因為水合物生成是放熱反應(yīng)，充填層中先前生成的部分水合物因受水合物生成反應(yīng)的影響而分解，導(dǎo)致充填層堵塞不穩(wěn)定。當(dāng)循環(huán)管路內(nèi)再沒有甲烷氣體引起水合物生成反應(yīng)時，充填層堵塞趨于穩(wěn)定。溫度變化也反映了充填層冰堵情況，當(dāng)水合物開始生成時充填層溫度因水合物生成放熱反應(yīng)開始陡升，此時刻的溫度被稱為水合物生成臨界溫度，該試驗的臨界溫度為7.3～7.5 ℃。

統(tǒng)計不同粒徑陶粒和石英砂充填層在不同階段堵塞程度的平均值，結(jié)果如圖7所示。試驗結(jié)束時，粒徑80～170 μm陶粒和石英砂充填層堵塞程度的平均值分別為97.72%和98.36%；粒徑170～320 μm陶粒和石英砂充填層堵塞程度的平均值分別為97.46%和98.24%。試驗結(jié)束時，粒徑80～170 μm介質(zhì)充填層堵塞程度的平均值稍高于粒徑170～320 μm的介質(zhì)，二者相差0.12～0.26百分點。

圖7 不同粒徑陶粒和石英砂充填層堵塞程度的平均值Fig.7 Average plugging degree of layers packed by ceramsite and quartz sand with different particle sizes

3 礫石充填層復(fù)合堵塞下產(chǎn)能預(yù)測模型

3.1 水合物-泥質(zhì)粉砂復(fù)合堵塞機理

根據(jù)泥質(zhì)粉砂和二次生成水合物分別對不同介質(zhì)充填層的堵塞規(guī)律，并結(jié)合易出砂水合物儲層的降壓開采特征，初步分析了2種堵塞同時存在情況下的復(fù)合堵塞機理（見圖8）。假設(shè)降壓開采過程中井底存在二次生成水合物的風(fēng)險，那么井底溫度、壓力達到水合物生成臨界條件之前的充填層堵塞以泥質(zhì)粉砂和水合物晶核體的協(xié)同堵塞為主，從地層巖石剝離的泥質(zhì)粉砂被流體攜帶流入充填層內(nèi)部，與充填層內(nèi)生成的水合物晶核體協(xié)同堵塞礫石充填層孔隙[21]；當(dāng)井底溫度、壓力達到水合物生成臨界條件時，礫石充填層孔隙內(nèi)的水合物晶核體轉(zhuǎn)化為不同形狀的水合物顆?；蝾w粒團，并膠結(jié)周圍充填的礫石、泥質(zhì)粉砂，使充填層孔喉尺寸顯著縮小，導(dǎo)致充填層流通性能明顯下降[22]。由于水合物不斷填充充填層孔隙，充填層很快達到飽和狀態(tài)，后期從地層運移的泥質(zhì)粉砂只能在礫石充填層外側(cè)堆積；同樣，在礫石充填層外側(cè)生成的水合物將這些泥質(zhì)粉砂膠結(jié)形成低孔低滲透屏障，加劇堵塞區(qū)域向近井地帶延伸。

需要說明的是，相比充填層的泥質(zhì)粉砂堵塞，水合物生成導(dǎo)致的堵塞極為迅速，從發(fā)生堵塞到堵塞平衡的時間極短，加之充填層內(nèi)生成的水合物膠結(jié)充填顆粒與泥質(zhì)粉砂，充填層變成強度增強、導(dǎo)流能力很弱的滲流屏障。在生產(chǎn)過程中如果地層流體以上述方式被迅速堵住，很可能對井底造成沖擊導(dǎo)致井壁失穩(wěn)等問題，影響安全生產(chǎn)。

充填層滲透率擬合結(jié)果表明，在泥質(zhì)粉砂堵塞條件下，充填層滲透率與時間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系；在水合物二次生堵塞成條件下，充填層滲透率與時間呈冪函數(shù)關(guān)系?；诖?，建立了復(fù)合堵塞條件下充填層滲透率與時間的關(guān)系：

圖8 水合物-泥質(zhì)粉砂復(fù)合堵塞充填層機理Fig.8 Hybrid plugging mechanism of hydrate and argillaceous silt

式中：K(t)為充填層的滲透率，D；t為堵塞時間，s；tc為水合物開始生成堵塞時的時刻，s；a、b、c、d分別為修正參數(shù)，通過試驗結(jié)果擬合得到。

式（1）為分段函數(shù)，可以描述復(fù)合堵塞影響下的充填層滲透率隨時間的變化。根據(jù)復(fù)合堵塞機理，防砂井投產(chǎn)后充填層堵塞首先以泥質(zhì)粉砂和水合物晶核體協(xié)同堵塞為主，此時滲透率與時間呈冪函數(shù)關(guān)系；發(fā)生冰堵時，由于其成為加劇堵塞的主控因素，充填層滲透率與時間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。利用式（1），對于冰堵分別在砂堵開始和平衡階段發(fā)生的2種情況，充填層復(fù)合堵塞滲透率呈現(xiàn)不同變化特征（見圖9）。砂堵平衡階段發(fā)生冰堵時，其對堵塞影響很小，主要原因是充填層孔隙被大量泥質(zhì)粉砂充填，甲烷氣體、水及水合物晶核體的飽和度顯著降低，使充填層內(nèi)生成的少量水合物無法顯著加劇堵塞；如果在砂堵開始階段發(fā)生冰堵，其對堵塞影響很大，導(dǎo)致充填層滲透率在極短時間內(nèi)大幅下降，主要原因是砂堵前期充填層孔隙內(nèi)的甲烷氣體和水的飽和度很高，一旦充填層的溫度、壓力達到水合物生成條件，瞬間生成大量水合物顆粒并造成嚴(yán)重堵塞。

圖9 砂堵不同階段發(fā)生冰堵時對陶粒充填層滲透率的影響規(guī)律Fig.9 Influence law of ice plugging occurring at different stages of silt plugging on permeability of ceramsite packing layers

3.2 產(chǎn)能預(yù)測模型建立

礫石充填層的堵塞是導(dǎo)致產(chǎn)能降低的主要原因之一。為研究水合物儲層礫石充填層復(fù)合堵塞對產(chǎn)能影響規(guī)律，采用文獻[23-24]給出的氣井水平井產(chǎn)能公式的統(tǒng)一形式，構(gòu)建了天然氣水合物礫石充填防砂井堵塞后的產(chǎn)能預(yù)測模型：

其中

式中：qsc為標(biāo)況下的產(chǎn)氣量，m3/s；h為儲層厚度，m；Tr為儲層溫度，K；μg為天然氣黏度，Pa·s；Zg為天然氣偏差系數(shù)；psc為標(biāo)況壓力，Pa；Tsc為標(biāo)況溫度，K；Zsc為標(biāo)況下天然氣的偏差系數(shù)；pr為地層壓力，Pa；pwf為井底流壓，Pa；f(x)、D(x)可通過Joshi氣井水平井產(chǎn)能公式計算[25]；Sg為礫石層表皮系數(shù)[23]；L為水平段長度，m；rw和rg分別為井筒半徑和礫石層外半徑，m；K、Kg分別為礫石層堵塞后及堵塞前的滲透率，D。

水合物水平井礫石充填層堵塞前后的產(chǎn)能比：

式中：qsc(0)、qsc(1)分別為礫石充填層堵塞前后的標(biāo)況產(chǎn)氣量，m3/s；Sg0、Sg1分別為礫石充填層堵塞前后的表皮系數(shù)；Bq為天然氣水合物水平井礫石充填層堵塞前后的產(chǎn)能比。

4 實例分析

南海海域天然氣水合物儲層為典型高泥質(zhì)含量、細粉砂儲層，水合物儲層厚度77 m，地層平均滲透率達6.8 mD，礫石充填層厚度為0.11 m。針對該儲層設(shè)計2口水平井，采用礫石充填防砂作業(yè)，第1口井以粒徑80～170 μm陶粒為充填介質(zhì)，第2口井以粒徑170～320 μm陶粒為充填介質(zhì)；2口井水平段長度為400 m，井眼直徑為241.3 mm，均采用降壓開采技術(shù)，存在水合物二次生成的風(fēng)險。

利用上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先使用式（3）計算防砂介質(zhì)堵塞前后的總表皮系數(shù)Sg0和Sg1，然后使用式（4）計算水合物水平井充填介質(zhì)堵塞后的產(chǎn)能比。由于水合物成核堵塞階段滲透率降低幅度遠小于水合物生成堵塞階段，計算產(chǎn)能比時忽略前者的影響。

使用上述井例數(shù)據(jù)，分析了泥質(zhì)粉砂堵塞和水合物生成堵塞條件下的充填層滲透率對產(chǎn)能比的影響規(guī)律，結(jié)果如圖10所示。由圖10可看出，不同堵塞條件下充填層滲透率對開采井產(chǎn)能影響顯著。對于水合物二次生成堵塞，充填層內(nèi)水合物一旦生成，其滲透率瞬間降至約為1.0 D，導(dǎo)致產(chǎn)能比在短時間內(nèi)下降至0.5以下。相比前者，泥質(zhì)粉砂堵塞是充填層滲透率緩慢降低的過程，滲透率降至1.0 D之前，產(chǎn)能比下降相對緩慢；滲透率小于1.0 D時，2種堵塞條件下的產(chǎn)能比下降特征基本一致。

圖10 不同粒徑陶粒充填層堵塞產(chǎn)能比與滲透率的關(guān)系Fig.10 Relationship between productivity ratio and permeabilityof plugging layers packed by ceramsite with different particle sizes

泥質(zhì)粉砂堵塞條件下，粒徑80～170 μm陶粒充填井和粒徑170～320 μm陶粒充填井的最終產(chǎn)能比分別為0.118和0.132；水合物生成堵塞條件下，2口井的最終產(chǎn)能比分別為0.011和0.032；泥質(zhì)粉砂堵塞的最終產(chǎn)能比是水合物生成堵塞的4～10倍，說明水合物生成堵塞對生產(chǎn)井的產(chǎn)能影響更大。此外，2種堵塞條件下，粒徑170～320 μm陶粒充填井堵塞最終產(chǎn)能比是粒徑80～170 μm陶粒充填井的1.2～3.0倍，說明大粒徑陶粒充填對產(chǎn)能受損具有一定緩解作用，但產(chǎn)能受損仍高于98%。

考慮在砂堵加劇前期及砂堵平衡階段出現(xiàn)冰堵的2種復(fù)合堵塞情況，計算分析了復(fù)合堵塞對產(chǎn)能的影響規(guī)律（見圖11）。

圖11 不同粒徑陶粒充填層不同復(fù)合堵塞情形對產(chǎn)能的影響規(guī)律Fig.11 Influence law of different hybrid plugging situations of ceramsite packing layers with different particle sizes on productivity

從圖11可以看出，冰堵發(fā)生前，充填層堵塞以砂堵為主，產(chǎn)能由砂堵條件下的充填層滲透率控制，此時產(chǎn)能緩慢下降。冰堵出現(xiàn)在砂堵加劇前期時對充填層滲透性能影響顯著，充填層滲透率瞬間大幅下降，導(dǎo)致產(chǎn)能隨之陡降。冰堵在砂堵平衡階段出現(xiàn)時對充填層滲透率影響不明顯，產(chǎn)能下降規(guī)律基本上與砂堵條件下的產(chǎn)能下降規(guī)律相同。上述2種情況下，粒徑80～170 μm陶粒充填井和粒徑170～320 μm陶粒充填井的最終產(chǎn)能比分別為0.03～0.04和0.06～0.10。對比砂堵、冰堵及復(fù)合堵塞3種情況可以看出，冰堵對產(chǎn)能影響最大，復(fù)合堵塞居中，砂堵最小。

5 結(jié)論與建議

1）礫石充填層內(nèi)生成的水合物顆粒會造成嚴(yán)重堵塞，導(dǎo)致礫石充填層滲透率驟降，降幅高達98%；泥質(zhì)粉砂同樣會造成礫石充填層嚴(yán)重堵塞，滲透率降幅達93%，但下降速度與水合物堵塞相比較為緩慢。堵塞過程可分為堵塞開始、堵塞加劇和堵塞平衡等3個階段。

2）實例分析表明，降壓開采過程中礫石充填層的泥質(zhì)粉砂和水合物顆粒復(fù)合堵塞對產(chǎn)能影響顯著，導(dǎo)致生產(chǎn)井產(chǎn)能比降幅達97%。避免水合物在井底二次生成是減輕復(fù)合堵塞對產(chǎn)能影響的必要途徑，優(yōu)化生產(chǎn)制度是避免水合物二次生成的有效措施。

3）井底水合物二次生成臨界壓力預(yù)測是水合物降壓開采生產(chǎn)制度優(yōu)化的關(guān)鍵，需要充分考慮泥質(zhì)粉砂堵塞導(dǎo)致的礫石充填層孔隙壓力變化對水合物生成條件的影響規(guī)律。