新書速遞：《海洋天然氣水合物開採出砂管控理論與技術》

ISBN 978-7-03-070935-6

作者：李彥龍 吳能友 董長銀 等 責任編輯：焦健（jiaojian@mail.cspm.com.cn）

天然氣水合物作爲一種潛力巨大的非常規化石能源，得到了世界各國的高度重視。近年來，中國，日本，美國，韓國，印度等從國家層面推進天然氣水合物計劃。2013年以來，日本和中國相繼開展兩輪海域天然氣水合物試採，中國更是率先完成了“探索性試採”向“試驗性開採”的跨越。國際上天然氣水合物勘探開發研究與實踐涌現了大批創新性成果，尤其是在天然氣水合物開採理論、實驗和數值模擬及技術方法研究方面取得了長足進步，爲複雜地質和海洋環境條件下天然氣水合物開發帶來了曙光。

爲系統總結海洋天然氣水合物開採領域的基礎研究成果, 豐富海洋天然氣水合物開發理論, 推動海洋天然氣水合物產業化開發進程, 在高德利院士、 孫金聲院士等專家的大力支持和指導下, 組織編寫了本叢書——《海洋天然氣水合物開採基礎理論與技術叢書》。

典型出砂形態圖

本書爲叢書第五卷《海洋天然氣水合物開採出砂管控理論與技術》。出砂，是指地質能源開採過程中，地層泥砂顆粒從原始地層骨架脫落並隨着流體在地層中遷移或進入生產井/ 管道，進而對能源的持續穩定生產過程產生不利影響的工程地質現象。出砂問題最早見於常規疏鬆砂岩油氣儲層，隨着近年來地質能源開發種類的增多，出砂問題也頻頻見於天然氣水合物儲層、煤層氣儲層、地下儲氣庫、地熱開採井、碳酸鹽巖儲層和經壓裂改造的頁岩油氣儲層。海洋天然氣水合物具有埋藏淺、固結弱、未成巖等基本特徵。天然氣水合物開採過程中，天然氣水合物分解導致儲層膠結強度不斷降低，多相流體滲流引起開採井周圍地層應力改變，井筒-地層系統的多相多場強耦合特徵明顯，而這種多相多場強耦合作用也是天然氣水合物開採過程出砂問題區別於其他成巖儲層出砂問題的根本原因。這種特殊性使我們無法照搬疏鬆砂岩油氣儲層的經驗開展天然氣水合物開採過程出砂防控方案的制訂。

天然氣水合物開採儲層出砂原理示意圖

本書聚焦我國 2017年、2020年海域天然氣水合物試採區域——南海北部神狐海域，在梳理和總結海洋天然氣水合物開採面臨的出砂問題挑戰、國內外研究進展的基礎上，分析水合物開採過程中儲層力學性能的劣化機理；利用實驗模擬和數值模擬相結合的手段刻畫不同生產工況下地層泥砂的運移產出行爲；建立針對神狐海域泥質粉砂型天然氣水合物儲層的井底控砂參數優選方法和井底控砂介質綜合工況評價方法；提出以水平井爲代表的複雜結構井宏觀出砂調控理念和方法；介紹天然氣水合物開採出砂模擬新方法和基於地質-工程一體化理念的提產-控砂-降本一體化開採新思路，以期爲我國天然氣水合物勘探開發提供科學理論指導和技術參考。

微單元顆粒級尺度出砂過程和形態模擬結果圖

本書共分爲八章，具體內容如下。

第一章 緒論

主要回顧和梳理國內外天然氣水合物儲層出砂研究領域的主要進展，並提出從系統工程角度解決出砂問題的基本思路。

第二章含水合物沉積物的力學性質

介紹不同類型的含水合物沉積物剪切破壞特徵，探討不同類型的含水合物沉積物在開採過程中的力學參數弱化機理，爲天然氣水合物出砂預測模型的建立提供依據。

第三章 水合物儲層泥砂運移產出特徵實驗模擬

分別採用砂質沉積物和泥質粉砂沉積物，模擬水合物已分解區、分解過渡帶儲層的泥砂遷移規律，分析地層泥砂的啓動運移產出的基本特徵。

第四章 水合物儲層出砂預測模型與數值分析方法

在實驗模擬基礎上建立天然氣水合物儲層臨界出砂流速預測理論模型，並重點介紹兩類用於水合物儲層出砂行爲預測的數值模擬方法。

第五章 水合物開採井控砂參數設計方法

探討不同控砂方法在海洋天然氣水合物開採井中的適應性，提出針對泥質粉砂水合物儲層的控砂精度設計方法。

第六章 水合物開採井控砂介質工況模擬與分析

聚焦出砂問題防控的核心硬件——控砂介質，介紹控砂介質的基本失效形式，重點探討控砂介質的堵塞、 沖蝕失效規律。

第七章 水合物開採水平井出砂調控原理與方法

針對水合物開採水平井獨特性，闡述水平井開採條件下儲層出砂預測、井筒控砂參數設計和井筒攜砂防堵的基本方法，在此基礎上形成水合物開採水平井攜砂生產系統協調優化方法。

第八章 水合物儲層出砂管控體系新技術與新方法

介紹由作者團隊提出的部分水合物儲層出砂探測與模擬實驗技術，圍繞實現天然氣水合物提產、降本、控砂一體化目標，提出新的海洋天然氣水合物開採方法。

《海洋天然氣水合物開採基礎理論與技術叢書》從海洋天然氣水合物開採的基礎理論和多尺度研究方法開始，進而詳細闡述開採儲層的宏微觀傳熱傳質機理、典型地球物理特性的多尺度表徵，最後介紹海洋天然氣水合物開採的工程與地質風險調控等。本叢書共六卷，卷一、卷四、卷五現已出版，其餘分卷計劃於2022~2023年陸續推出，敬請期待。

卷一《海洋天然氣水合物開採基礎理論與模擬》

卷二《海洋天然氣水合物開採儲層滲流基礎》

卷三《海洋天然氣水合物開採岩石物理模擬及應用》

卷四《海洋天然氣水合物開採熱電參數評價及應用》

卷五《海洋天然氣水合物開採出砂管控理論與技術》

卷六《海洋天然氣水合物開採力學響應與穩定性分析》

本文節選自《海洋天然氣水合物開採出砂管控理論與技術》

本書/本文編輯：焦 健

jiaojian@mail.cspm.com.cn

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