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天然氣水合物的開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致海平面會(huì)降低，導(dǎo)致海底壓力降低，海水溫度升高。這可能導(dǎo)致含甲烷水合物層的坍塌，并可能導(dǎo)致大規(guī)模滑坡。從塌陷的甲烷水合物層排放的大量甲烷將消耗海水中的氧氣，這可能導(dǎo)致大量海洋生物因海洋缺氧事件而死亡，許多研究人員正在對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。
 
模擬器研發(fā)的必要性
 
雖然已經(jīng)提出了一些理論來(lái)確定這些現(xiàn)象是否是由含甲烷水合物層的塌陷引起的，但目前還沒(méi)有普遍接受的概念，認(rèn)為這些現(xiàn)象是由含甲烷水合物層的坍塌引起的理論，含甲烷水合物層本身的塌陷被認(rèn)為是由地質(zhì)時(shí)間尺度的氣候變化引起的。幾千到幾十萬(wàn)年。更具體地說(shuō)，這些理論聲稱含甲烷水合物層的塌陷將是氣候變化的結(jié)果，對(duì)全球變暖的焦慮伴隨著含甲烷水合物層的崩塌是一種自然現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)時(shí)間尺度加以評(píng)估。
 
在與甲烷水合物層產(chǎn)生甲烷氣體有關(guān)的人類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面，我們可以通過(guò)觀察涉及常規(guī)天然氣生產(chǎn)的案例來(lái)調(diào)查這些風(fēng)險(xiǎn)。因此有必要從學(xué)術(shù)會(huì)議和其他來(lái)源收集關(guān)于研究和發(fā)展等方面的信息，雖然自然發(fā)生的全球范圍的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不是一個(gè)與研發(fā)計(jì)劃直接相關(guān)的問(wèn)題，但必須不斷收集和分析信息，并引入有益于開(kāi)發(fā)的信息。對(duì)全球變暖的焦慮伴隨著含甲烷水合物層的崩塌是一種自然現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)時(shí)間尺度加以評(píng)估。在與甲烷水合物層產(chǎn)生甲烷氣體有關(guān)的人類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面，我們可以通過(guò)觀察涉及常規(guī)天然氣生產(chǎn)的案例來(lái)調(diào)查這些風(fēng)險(xiǎn)。從水合物開(kāi)采的角度以及對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防方面非常有必要開(kāi)發(fā)天然氣水合物實(shí)時(shí)生產(chǎn)模擬器。
 
組成與功能
 
生產(chǎn)模擬器由多種計(jì)算程序組成，包括定義初始儲(chǔ)層性質(zhì)，確定儲(chǔ)層特征、性質(zhì)和條件的程序、描述生產(chǎn)過(guò)程中儲(chǔ)層性質(zhì)變化的油藏物性變化計(jì)算程序、計(jì)算甲烷水合物地層和離解平衡條件的相行為計(jì)算程序以及生成/離解速率，以及計(jì)算相性質(zhì)的程序，得到各相的狀態(tài)量和焓等。
 
模擬器具有以下功能：·可能對(duì)天然氣、水、甲烷水合物、水冰和鹽·等五個(gè)階段進(jìn)行操作，使其能夠處理甲烷、氮?dú)狻⑺?、甲醇和鹽等五個(gè)組分，甲烷水合物形成的動(dòng)力學(xué)方程。能夠處理與甲烷水合物形成有關(guān)的放熱和吸熱行為，引入了水冰形成和分解的動(dòng)力學(xué)方程，可處理咸水相鹽沉淀、鹽溶解到水相以及伴隨的放熱和吸熱反應(yīng)-甲烷水合物-甲烷三相平衡曲線的可能轉(zhuǎn)變。水(水冰)與甲醇或鹽分濃度和甲醇或鹽濃度的計(jì)算相匹配?？紤]到可能對(duì)多口生產(chǎn)井和注入井(包括含甲烷水合物層的垂直、定向和水平井)結(jié)構(gòu)的操縱，計(jì)算甲烷在水相中的溶解度。考慮外地層溫度剖面的井筒采用動(dòng)態(tài)局部網(wǎng)格精化法和混合網(wǎng)格系統(tǒng)·處理定壓、恒流量、恒壓恒溫面等邊界條件，從而提高了計(jì)算精度和計(jì)算速度。能夠處理壓實(shí)引入的降低滲透率的問(wèn)題。有效滲透率和相對(duì)滲透率作為甲烷水合物飽和度的函數(shù)，能夠處理各種基本采油方法及其組合如減壓法、熱刺激法、熱驅(qū)法、緩蝕劑注入法、注氮法等的產(chǎn)能和生產(chǎn)行為分析。
 
模擬器的應(yīng)用
 
日本利用(MH 21-HYDRES)模擬器對(duì)第二次陸上天然氣水合物生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了中間解釋和后驗(yàn)解釋，并對(duì)其生產(chǎn)行為進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。對(duì)于第一次冬季試井，通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)層參數(shù)，假設(shè)井周鄰近地層出砂和匹配模擬井眼流體流動(dòng)不穩(wěn)定，滲透率增加，試驗(yàn)結(jié)果大致再現(xiàn)，但由于生產(chǎn)周期短，模擬器功能的細(xì)節(jié)還沒(méi)有得到充分的驗(yàn)證。在第二次冬季試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)期間的產(chǎn)氣量變化約為6天，在恒定的井底壓力下的產(chǎn)氣率和產(chǎn)水速率均出現(xiàn)了變化，而且模擬估算的甲烷水合物離解帶的地層溫度與實(shí)測(cè)井底溫度基本一致。此外，利用生產(chǎn)試驗(yàn)的匹配模擬，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣、水的相對(duì)滲透率進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提高了生產(chǎn)模擬器的整體精度。
 
從甲烷水合物的形成和解離、水冰的形成和分解等方面對(duì)甲烷水合物模擬器所需的物理和化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了可能的充分計(jì)算，并對(duì)水合物解離后的兩相流體流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了可能的充分表達(dá)。此外，這些計(jì)算在現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模生產(chǎn)的行為預(yù)測(cè)問(wèn)題上也有很好的收斂性，
 
天然氣水合物實(shí)時(shí)生產(chǎn)模擬器是開(kāi)發(fā)天然氣水合物必備的工具，需要做到井筒、管線、海底儲(chǔ)層的變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，全井生產(chǎn)周期的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證多相流安全輸送，降低風(fēng)險(xiǎn)保證安全可控的操作。