[发明专利]一种模拟水合物藏中不同来源甲烷运移轨迹的方法

说明书

本发明公开了天然气水合物藏开发模拟领域中一种模拟水合物藏中不同来源甲烷运移轨迹的方法，其主要步骤包括：根据地质资料建立Ⅰ类水合物藏的三维地质模型、划分网格、然后采用数值模拟技术、建立天然气水合物分解与生成模型、分别标记自由甲烷与分解甲烷组分、定义自由甲烷与分解甲烷生成水合物的反应方程式与水合物分解生成分解甲烷的反应方程式；计算水合物藏开发的自由甲烷产量与其在储层中的分布。该方法可以完全区分Ⅰ类水合物藏开发中分解甲烷与自由甲烷，从而明确储层中自由甲烷与分解甲烷的运移规律，从而能对Ⅰ类水合物藏的开发机理有更明确的认识，对水合物藏的开发水平与潜力进行评价。

技术领域

本发明涉及天然气水合物藏开发模拟技术领域，尤其涉及一种模拟水合物藏中不同来源甲烷运移轨迹的方法，适用于含有下伏气层的Ⅰ类水合物藏开发模拟。

背景技术

天然气水合物是在一定温度、压力下甲烷等气体与水作用形成的笼形晶体化合物，广泛分布在永久冻土层以及海洋大陆斜坡和深海地层或沉积物中，储量大、能量密度高，受到了世界各国的普遍重视和研究。我国两次在南海神狐海域成功实施天然气水合物试采，表明降压法可以有效开采海洋深水天然气水合物，但也暴露出了目前水合物降压开采单井产量低，难以达到经济性的难题。天然气水合物藏可根据地质构造和储层条件分为四类，其中根据多航次的勘探资料表明，南海海域分布着大量的Ⅰ类水合物藏(由上部的水合物储层与下部的自由甲烷层组成)，对于Ⅰ类水合物藏开发数值模拟的研究对于南海神狐海域天然气水合物藏的开发效率提高与开发方案设计都有着重要的意义。

在Ⅰ类天然气水合物藏开发中，由于水合物储层下部有自由甲烷层，在开发中井位及射孔位置对于开发效果有着显著的影响；为了提高水合物的产出效率并制定相应的开发方案，需要对储层中的自由甲烷与分解甲烷的产出情况与分布情况进行监测与调整，因此在前期数值模拟的过程中需要对储层中分解甲烷进行标记。而目前常用的水合物藏开发数值模拟软件并未将分解甲烷与储层中原始存在的自由甲烷区分开，因而在模拟开发过程中无法模拟实时的分解甲烷与自由甲烷流向以及采出甲烷中分解甲烷的占比多少，使得水合物藏开发过程的物理状态动态较为模糊，无法准确的根据储层水合物分解情况调整开发方案并维持储层稳定性。因此，建立一种可以模拟水合物藏中不同来源甲烷运移轨迹的方法。

发明内容

为了区分分解甲烷与自由甲烷，更明确细致的刻画水合物藏开发过程中的气水动态，本发明提供了一种模拟水合物藏中不同来源甲烷运移轨迹的方法，该方法将分解甲烷定义为与自由甲烷物理性质完全相同的不同组分，并且分别定义分解甲烷生成水合物、自由甲烷生成水合物的反应方程式，从而在初始状态、反应过程中都能明确的追踪储层中分解甲烷的流向。

为了实现上述目的，本发明技术方案具体步骤如下：

步骤S1：定义组分模型，将自由甲烷与分解甲烷定义为所有物理、化学性质完全相同的两个不同组分，同时自由甲烷水合物与分解甲烷水合物也定义为两个物理、化学性质相同的不同组分；

步骤S2：定义水合物分解与生成反应方程式，使得模拟中分解甲烷与自由甲烷分别进行不同的分解与生成反应。反应方程式如下：

步骤S3：根据水合物藏的实际钻探地质资料，建立Ⅰ类水合物藏降压开采储层的地质模型；

步骤S4：在所建立地质模型的基础上划分网格；

步骤S5：建立Ⅰ类水合物藏降压开采的三相五组分热-流-化耦合数学模型，包括自由甲烷与分解甲烷水合物分解及合成反应方程、质量守恒方程、能量守恒方程；其中五组分包括：自由甲烷mf、分解甲烷md、自由甲烷水合物hf、分解甲烷水合物hd、水w；

步骤S6：在建立的网格系统上，利用有限体积法对三相五组分热-流-化耦合数学模型进行离散，并用牛顿拉普森方法对离散后的三相五组分热-流-化耦合方程组进行数值求解；