天然气水合物开采数值模拟中基于mVIEW的水平井井眼轨迹建模.pdf

ISSN 1009-2722 海洋地质前沿 第 3 6 卷 第 8 期 CN37-1475/P Marine Geology Frontiers Vol 36 No 8 万 庭 辉 ， 李 占 钊， AVIS John， 等 .天 然 气 水 合 物 开 采 数 值 模 拟 中 基 于mV丨EW的 水 平 井 井 眼 轨 迹 建 模 [J].海 洋 地 质 前 沿 ,2020, 368 74- 80. 天然气水合物开采数值模拟中基于m V IE W的 水平井井眼轨迹建模 万庭辉I 2,李占钊p ，AVIS John3,王静丽\陆 程 4, 马 超 ， 李柯良1 1 中 国 地 质 调 查 局 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 ， 广 州 5107602东 北 石 油 大 学 ， 黑 龙 江 大 庆 163318 3Geofirma Engineering Ltd, Ottawa,KIR 1A2 ; 4 中 国 地 质 调 查 局 油 气 资 源 调 查 中 心 ， 北 京 100029 摘 要 针 对使用TOUGHHYDRATE模拟水平井降压开采天然气水合物过程中井眼轨迹的 精细刻画给出解决方案， 利用mVIEW进行水平井井眼轨迹建模， 并进行了模型验证， 弥补了 模拟器在复杂建模方面的不足， 提高模拟器使用效率、由于含井眼轨迹的水平开采模型生产 井段在Z方向穿透层位更接近真实的生产情况， 因此， 含井眼轨迹的水平井开采模型能更好 地指导实际生产。 关键词天然气水合物；mVIEW;水平井； 井眼轨迹;数值模拟;TOUGHHYDRATE 中 图 分 类 号 P618.13 文 献 标 识 码A DOI 10.16028/j. 1009-2722.2019.190 0引言 天然气水合物是一种极具发展潜力的清洁能 源。天然气水合物广泛存在于冻土地带和海洋地 层。 目前， 全球的天然气水合物总碳含量远超传统 矿物石油、 煤 、 天然气中的总碳含量[ | 4 。美国劳伦 斯伯克利国家重点实验室Moridis开发的TOUGH HYDRATE水合物藏开采数值模拟软件可考虑四 相气、 液 、 冰、 水合物、 四组分水合物、 7 ]C、 甲烷、 盐等水溶性抑制剂） 以及拟组分的热焓， 各组分存 在于各相中W 。可模拟复杂地质体中水合物储层的 非等温反应、 相平衡以及流体和热的流动， 包括降 压、 注热、 加人抑制剂等[ 1 ]。近年来， 相关研究人 员利用该软件进行了大量数值模拟工作， 有研究结 果表明， 对 于Class2 和Class3 型水合物藏， 利用水 * * 收稿日期2019-10-08 资助项目广东省促进经济高质量发展专项资金海洋经济发展项目 GDOE2019A39 作者简介万庭辉（ 1990 h 男， 在读硕丨 ， 工程师， 主要从事天然气水合 物数值模拟方面的研究丁. 作.E-mail 825848651 * 通讯作者李占钊（ 丨 987， 男， 硕士， 助理工程师， 主要从事天然气水 合物数值模拟方面的研究丁. 作.E-mail 490565409 平井可以显著提高产气速率[m4]。 目前， 垂直井模拟开采水合物藏一般采用/, z 坐标系， 最中心网格直径设置成与井筒直径相当， 然 后将该网格岩性设置成与井筒相近的属性， 用来模 拟 垂 直 井 开 采 时 的 井 筒 流 动 m61。水平井开采 水合物藏也是通过规则网格剖分， 在水平井的相应 位置剖分出与水平井井筒直径相当的网格， 与垂直 井相同也是通过将该网格岩性设置成与井筒相近的 属性,用来模拟水平井开采时的井筒流动， 但是该种 水平井井型只能平行于某一坐标轴,在处理含隔夹 层等非均质储层的产能模拟时显得尤为不足[ 1 4 ’ 1 7 。 由于网格剖分方式直接影响模型精确程度、 计 算复杂程度和模拟可靠程度， 在进行含隔夹层等非均 质储层的产能模拟工作时， 含井眼轨迹的水平井可穿 越并动用更多的小层， 最大限度接近场地实际情况, 得到较为准确的模拟结果， 因此， 在使用TOUGH HYDRATE进行水平井降压开采数值模拟过程中, 有必要引人mVIEW对井眼轨迹进行精细刻画。 1简单水平井开采模型 为方便用户进行网格设计，TOUGHHYDRATE 模拟软件自带MeshMaker网格剖分器， 该剖分器对 第 36卷 第 8 期万庭辉.等天然气水合物开采数值模拟中基于mVIEW的水平井井眼轨迹建模75 于规则边界和等厚的地质模型具有很好的适用性, 但对于不规则边界和复杂的变厚度问题， 例如井眼 轨迹设计,该剖分器无能为力。 图 1 为典型的MeshMaker剖分水平井开米模 型示意图， 模拟区域为680 m； 方向上将模拟区域分为28 个网格，z方向上将模拟区域分为70个网格， 整个 模拟区域被划分成25x28x7049 000个网格。可 以发现网格划分为非结构网格， 水合物层和井周 附近网格进行了加密处理。天然气水合物开采过 程中， 水合物分解主要发生在水合物层和井口附近 区域， 这两部分网格较密， 有利于观察系统内温度 压力、 水合物相、 气相、 水相等模块的时空变化规律 -I 500 -1 530 0 100 200 3 0 0 木 \夕 400 500 I 560 图 1水平井开采模型示意图图 1水平井开采模型示意图 Fig.l Schematic diagram of horizontal production well 2基于m V IEW的井眼轨迹建模 mVIEW是 一 款 由Geofirma公司开发的商业 化数值模拟支持系统,包括数据分析和复杂地质数 据可视化等功能， 内置支持TOUGHHYDRATE、 MODFLOW等数值模型的前后处理和可视化操作 界面， 具有灵活的网格剖分方式和网格加密方法， 软件界面如图2 所示。此前有研究人员将mVIEW 和TOUGHHYDRATE结合进行水合物藏水平井 开采模拟[ 1 4 ’ W9]， 但其水平井井型均为平行于某一 坐标轴的简单水平井， 为实现含井眼轨迹的水平井 模型网格剖分，mVIEW开发人员对软件进行了升 级， 开发了相应模块。 2 . 1 建模流程 为实现井眼轨迹建模，mVIEW在最新版本软 件中开发了 Create 3D Layer for Single Well Geometry 图 3和 Connect 3D Well Geometry to Geology 模 块图4， 允许生成任意TOUGHHYDRATE格式 的井眼轨迹网格3 首先假设套管井与地层之间除 了指定连接位置以外不存在流动， 井眼轨迹最初被 描述为一系列的点或坐标， 随后可将点或坐标转换 为单层3D几何体生成井眼轨迹网格后将其与地 质网格结合， 最后设置网格属性。Create 3D Layer for Single Well Geometry模块的输入信息包括井的 坐标、 默认平面方向、 半径和ID等。 ..E _______ ____________ - 1 i Tl TTi 图 2 图 2 m V IEW 软件界面软件界面 Fig.2 m V I E W software interface 创建完地质体网格， 就可使用现有的Combine 3D Geometries模块将井添加至地质体网格中。整 个模型创建最后一步是使用模块设置井与地质体 网格之间的连接， 输入信息包括井与地质体网格之 间的连接面积、 连接长度等。 76Marine Geology Frontiers 海洋地质前沿2020年 8 月 Xt Convcfl XV Poitt To XVZ Coot O inlerpoUl/Oen MS _________________________________________________________________i*m Ewal. -| B - - ..................................... i----------------------------------------- B* , -------------------------------------------j------------------------------------------- ioi w j * * J 图丨图丨0模型网格模型网格 Fig. 10 Model grid 第 36卷 第 8 期万庭辉， 等天然气水合物开采数值模拟中基于mVIEW的水平井井眼轨迹建模79 图 1 2 水平井开采理想模型图 1 2 水平井开采理想模型A 和含井眼轨迹水平井开采模型和含井眼轨迹水平井开采模型B Fig.12 Ideal model A for horizontal well exploitation and model B for horizontal well exploitation with wellbore trajectory fwtS5* O utput Fil* r〇 m Tm〇T Data Cwam冰1* ■ ansuB aua6c at tim nM r Contains X Y Output Flit aMTr Read X Y Z datap Check X Y Z data _J 图 13 图 13 TECPLOTData 模块 模块 Fig. 13 TECPLOTData object N N -50.0 ■ 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0100.0 Y 0.01 5〇 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0100.0 压力/Pa 1 5 000 000 1 14 800 000 14 600 000 I 14 400 000 14 200 000 - 14 000 000 13 800 000 - 13 600 000 13 400 000 - 13 200 000 1 3 000 000 温度/c 12.000 11.975 11.950 11.925 11.900 11.875 11.850 11.825 11.800 11.775 11.750 图丨4温度和压力场图图丨4温度和压力场图 Fig. 14 Temperature and pressure field diagram 4结论 TOUGHHYDRATE模拟器作为强有力的天 然气水合物模拟软件， 困难的网格生成方法影响了 模拟器在复杂建模方面的应用， 针对水平井井眼轨 迹精细建模提出模拟前后处理的解决方案， 弥补该 模拟器在复杂建模方面的不足， 有效提高了模拟器 的使用效率。分析了含井眼轨迹的水平井开采理 想模型的优点， 由于含井眼轨迹的水平开采模型生 产井段在Z方向穿透层位更接近真实的生产情况, 因此， 含井眼轨迹的水平井开采模型能更好的指导 实际生产。相关研究人员可根据需要在地质体网 格中设计井眼轨迹， 开展含井眼轨迹的水平井降压 开采天然气水合物数值模拟研究工作。 参考文献参考文献 [1J Sloan E D, Koh C A . 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