一种水合物储层与油气井协同增产改造方法

本发明涉及油气资源开发，尤其涉及一种水合物储层与油气井协同增产改造方法。

背景技术：

1、天然气水合物是潜力巨大的非常规天然气资源，水合物储层开采属于油气资源开发技术领域。针对浅部粉砂质水合物储层，利用同井筒下伏深部油气藏余热开展协同改造，是近年来水合物高效增产的重要研究方向，本发明即面向该跨储层联合井筒协同增产改造体系。

2、现有跨层协同增产方案尝试依托深部油气藏余热加热浅部水合物储层，但存在水合物壳层传质自钝化效应的技术短板；热量传递至水合物表面后，表层水合物快速解离产气，气泡滞留于反应界面形成微气膜隔离带，气相极低导热系数形成绝热屏障，大幅削弱传热效率，致使热驱动半径仅局限于井周狭小区域，难以向储层深部拓展。

3、上述自钝化效应属于水合物相变过程自发产生的隐性现象，常规注热、简单降压改造手段无法主动破除界面微气膜；微气膜持续生长增厚后会持续阻断热量输运，水合物解离仅能维持近井局部区域，储层整体增产规模受限，同时近井区域易出现产能快速衰减，难以实现水合物储层长效连续开采。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水合物储层与油气井协同增产改造方法，解决了上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种水合物储层与油气井协同增产改造方法，包括以下步骤：

3、获取地层基础物性参数，结合对应温度条件下水合物能够稳定存在的临界压力构建孔隙物性特征集，并分析微气膜生长与热阻演化规律，判定微气膜钝化区域及钝化破坏压差区间；

4、基于钝化破坏压差区间，布设形成闭合井筒物理通道，通过调控节流阀与激振腔，生成适配微气膜剥离的高温自激振荡脉冲射流，并利用脉冲空化与侧向吸力构建多相循环对流场；

5、根据多相循环对流场向高温自激振荡脉冲射流加注微乳工作液并雾化分散，通过润湿反转与气泡动力学求解临界脱附流速，生成气相段塞流；结合空化效应与受控吸力，构建用于水合物持续热分解的高导热固液接触通道；

6、在高导热固液接触通道的基础上，分析储层传热与水合物分解吸热耦合的温度演化规律求解最低热通量，并调控排气背压构建孔隙渗流环境，求解储层有效应力并调控环空流体背压，获得储层力学受控状态，实现水合物长效稳产开采。

7、优选地，获取地层基础物性参数，结合对应温度条件下水合物能够稳定存在的临界压力构建孔隙物性特征集，并分析微气膜生长与热阻演化规律，判定微气膜钝化区域，包括：

8、采用多传感测井，沿油气井采集地层基础物性参数，通过水合物平衡压力与温度之间的三参数经验关联关系，沿储层垂向剖面得到储层网格的相平衡压力序列，结合地层基础物性参数，构建孔隙物性特征集；

9、基于孔隙物性特征集与相平衡压力序列，通过多孔介质界面相变与等效导热模型推演微气膜生长与热阻演化，得到表层气相连续分布阻隔面积及等效热阻；

10、当表层气相连续分布阻隔面积达到孔道截面的临界接触比例且等效热阻超出预设导热阈值时，则识别微气膜钝化区域与前沿厚度。

11、优选地，钝化破坏压差区间构建过程包括：

12、基于微气膜钝化区域与前沿厚度，通过利用navier-stokes动量方程沿储层径向对微气膜执行受力平衡解析，获取力学边界数据，包括孔喉毛细管束缚阻力、气水界面张力及局部润湿接触角的耦合力学状态；

13、将力学边界数据输入至预设的微流控气泡剥离动力学模型，求解微气膜在剪切扰动下失稳剥离的临界压差极值，得到钝化破坏压差区间。

14、优选地，基于钝化破坏压差区间，布设形成闭合井筒物理通道，通过调控节流阀与激振腔，生成适配微气膜剥离的高温自激振荡脉冲射流，并利用脉冲空化与侧向吸力构建多相循环对流场，包括：

15、基于钝化破坏压差区间，在油气井内部的管柱本体内及其地层储层段，分别布设脉冲负压喷射组件、节流控制阀、压力传感器阵列及坐封膨胀式封隔器，得到闭合井筒物理通道；

16、在闭合井筒物理通道内，通过调控节流控制阀开度及激振腔结构，匹配临界压差极值，得到适配微气膜剥离需求的高温自激振荡脉冲射流；

17、高温自激振荡脉冲射流通过射孔孔道冲击储层内，当射流束以超临界动压穿过储层端面微细孔道时，在脉冲波谷阶段诱发局部流速骤增与瞬态低压空化效应，并在闭合井筒物理通道内双壁同心管柱的引流腔侧向吸入口施加受控吸力，建立多相循环对流场。

18、优选地，在闭合井筒物理通道内，通过调控节流控制阀开度及激振腔结构，匹配临界压差极值，得到适配微气膜剥离需求的高温自激振荡脉冲射流，包括：

19、启动闭合井筒物理通道内深部油气层段的节流控制阀，以引入上涌的高温高压两相油气流体进入至内管流道；

20、基于引入的高温高压两相油气流体，通过内管流道突缩突扩结构依托康达效应，生成高温自激振荡脉冲射流；

21、基于临界压差极值，通过调整激振腔导流片几何倾角及喉道截面流通阻抗，匹配微气膜剥离周期并将高温自激振荡脉冲射流输送至喷射喷嘴组。

22、优选地，根据多相循环对流场向高温自激振荡脉冲射流加注微乳工作液并雾化分散，通过润湿反转与气泡动力学求解临界脱附流速，生成气相段塞流；结合空化效应与受控吸力，构建用于水合物持续热分解的高导热固液接触通道，包括：

23、基于多相循环对流场，采用地表注药泵组向内管流道中的高温自激振荡脉冲射流加注两亲嵌段聚合物与氟碳表面活性剂复配的微乳工作液，并随高温自激振荡脉冲射流雾化分散，得到雾化后的微乳工作液；

24、基于雾化后的微乳工作液，通过润湿相反转调控、气泡毛细动力学平衡求解临界脱附流速，得到可驱动微气膜从水合物表面脱附聚并的气相段塞流；

25、根据已脱附形成气相段塞流，通过诱发瞬态低压空化效应，并施加受控吸力，得到无连续微气膜遮挡的高导热固液接触通道。

26、优选地，基于雾化后的微乳工作液，通过润湿相反转调控、气泡毛细动力学平衡求解临界脱附流速，得到可驱动微气膜从水合物表面脱附聚并的气相段塞流，包括：

27、将雾化后的微乳工作液随同高温自激振荡脉冲射流输送至水合物分解动态前沿，并依据微乳胶束在水合物晶体骨架表面吸附，触发水合物表层润湿相反转；

28、基于润湿相反转后的界面状态，通过改变水合物表面润湿性及调整气水接触角，结合润湿接触流变学原理与润湿相反转驱动下的气泡毛细动力学平衡，得到微气膜界面发生滑动脱落所需的临界流体流速；

29、控制井下节流输配系统，维持孔隙流速高于临界流体流速，得到气相段塞流。

30、优选地，在高导热固液接触通道的基础上，分析储层传热与水合物分解吸热耦合的温度演化规律求解最低热通量，并调控排气背压构建孔隙渗流环境，包括：

31、基于高导热固液接触通道，通过分析井周储层随时间变化的热量传递及水合物分解吸热耦合的温度动态演化规律，并将采集获取的光纤测温数据作为约束求解，得到维持水合物持续分解所需的最低热通量；

32、读取气相段塞流，通过启动双壁同心管柱排驱泄压流程并调控排气背压，得到用于解离甲烷顺利排出的孔隙渗流环境。

33、优选地，通过求解储层有效应力并调控环空流体背压，获得储层力学受控状态，实现水合物长效稳产开采，包括：

34、基于水合物解离引发沉积物力学参数劣化的演化状态，通过求解井周沉积骨架有效应力演变张量，得到井周储层实时应力分布；

35、依据井周储层实时应力分布，计算获取有效应力，并协同调配环空流体背压，将有效应力控制在塑性剪切屈服极限内，得到维持储层骨架力学稳定的受控状态，以实现水合物长效稳产开采。

36、本发明所述的一种水合物储层与油气井协同增产改造方法优点和积极效果是：

37、1、现有水合物协同增产手段大多忽略分解界面微气膜带来的自钝化问题，仅依靠简单注热或降压，热量很难向储层深部传递，改造半径受限。本发明先通过测井资料建立孔隙物性特征集，定量识别微气膜钝化区域，借助navier-stokes方程和微流控动力学模型求取破膜压差窗口，再利用深部油气能量生成自激振荡脉冲射流，配合微乳药剂完成润湿反转，从界面根源抑制气膜反复连片，打通稳定的固液高导热通道，不再单纯依靠持续加大注热功率换取分解效果。

38、2、本发明将热通量动态匹配、产气泄压、骨架应力管控形成闭环联动。依托光纤测温约束求解最低热通量，按需取用深部油气余热，减少能量浪费；同步调控排气背压改善孔隙渗流，避免产气堆积抑制解离；并且追踪水合物分解造成的沉积物力学劣化，通过有效应力张量实时管控环空背压，把骨架应力控制在屈服极限以内，兼顾增产改造与疏松粉砂储层保护，实现长期稳定开采。

39、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。