人工隔板在海域?qū)酉堤烊粴馑衔锊亟祲洪_采中的適應(yīng)性分析

呂 濤 潘 杰 蔡 晶 李 冉 申鵬飛

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2.中國科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3.丹麥技術(shù)大學(xué)燃燒與有害排放控制研究中心 4.河北工程大學(xué)礦業(yè)與測繪工程學(xué)院

0 引言

我國南海天然氣水合物（以下簡稱水合物）資源儲(chǔ)量豐富，估計(jì)約85×1012m3，是陸地常規(guī)天然氣總量的2.12倍[1-2]。對(duì)其及時(shí)有效開發(fā)，不僅可填補(bǔ)我國能源需求缺口，還可優(yōu)化我國以煤炭、石油為主的資源稟賦，提高能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中天然氣占比，進(jìn)而為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)[1,3-4]。神狐海域作為我國水合物藏開發(fā)研究戰(zhàn)略與技術(shù)靶區(qū)，中國地質(zhì)調(diào)查局分別于2017年及2020年在該區(qū)域成功實(shí)施了短期海域水合物藏直井和水平井降壓試采工程，實(shí)現(xiàn)了“探索性試采”向“試驗(yàn)性試采”的重大跨越[5-7]。

大量實(shí)驗(yàn)室研究與數(shù)次礦藏試采結(jié)果均表明，降壓法是未來水合物藏開采的主要手段，但海域水合物儲(chǔ)藏滲透率低下且處于富水環(huán)境，這種自身特異性延緩了其產(chǎn)業(yè)化的腳步。因此，學(xué)者們在實(shí)驗(yàn)室通過復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、井網(wǎng)或儲(chǔ)層改造等方式的嘗試，試圖打破儲(chǔ)層滲透率對(duì)海域水合物藏降壓開采的制約。毛佩筱等[8]發(fā)現(xiàn)采用降壓聯(lián)合熱激法時(shí)，水平分支井有利于水合物藏穩(wěn)產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)；李文龍等[9-10]指出大位移水平井或多分支井可提高水合物藏降壓生產(chǎn)效率，或可適用于未來海域水合物藏開發(fā)；Wang等[11]通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比了多直井或水平井聯(lián)采時(shí)水合物藏的生產(chǎn)特性；陳朝陽等[12]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)垂直井網(wǎng)降壓開采可提高水合物藏采收率和井口產(chǎn)能；日本21世紀(jì)水合物研發(fā)計(jì)劃聯(lián)盟提出了一套24口直井的水合物藏商業(yè)開采井網(wǎng)部署方案[13]；Deepak等[14-15]針對(duì)印度KG盆地水合物藏開展了井網(wǎng)聯(lián)合開采的商業(yè)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)；Konno等[16-18]證實(shí)了水合物藏水力壓裂的可行性，并指出壓裂區(qū)域的高滲透性可有效促進(jìn)沉積層內(nèi)流體流動(dòng)；Zhao等[19-20]發(fā)現(xiàn)水力壓裂可顯著促進(jìn)水合物分解，提高井口產(chǎn)能且其會(huì)隨裂縫長度增加而愈加顯著。然而，諸多方式實(shí)施的本質(zhì)均是欲擴(kuò)大井筒泄流面積或提高儲(chǔ)層滲透率來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)藏的增產(chǎn)促產(chǎn)，隨之勢必會(huì)惡化井口產(chǎn)水矛盾，加劇鄰近層孔隙水的入侵，阻礙水合物分解及自由氣匯入井筒，這也是目前海域水合物藏單井產(chǎn)量低、穩(wěn)產(chǎn)周期短的主要原因之一。

傳統(tǒng)油氣藏開發(fā)領(lǐng)域，類似于人工隔板堵水技術(shù)的應(yīng)用已非常成熟。通過向儲(chǔ)層注入水溶性聚合物和有機(jī)交聯(lián)劑，二者交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生凝膠，其吸水膨脹后占據(jù)沉積物孔隙，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)阻水目的[21-23]。鑒于其顯著的減水增效性，Sun等[24]創(chuàng)新性地提出在水合物層上部人為生成不可滲透CO2水合物蓋層以提高井口產(chǎn)能，并通過實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證；Zhao等[25]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)單層海域水合物藏中人工隔板的敷設(shè)可阻擋蓋層孔隙水涌入井筒，促進(jìn)水合物分解及井口產(chǎn)氣。我國神狐海域水合物藏為水合物、自由氣與自由水三相共存分層體系[26]，其中自由氣的角色不可忽視，目前仍缺少該方面的研究。

為抑制或延緩海域?qū)酉邓衔锊亻_采過程中的水錐效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水合物藏穩(wěn)氣控水、量級(jí)增產(chǎn)的目的，筆者鑒于傳統(tǒng)油氣藏人工隔板堵水技術(shù)理念，以我國神狐海域三相共存水合物藏地質(zhì)特性為背景，采用TOUGH+HYDRATE數(shù)值軟件模擬了礦場尺度海域水合物藏敷設(shè)人工隔板后的降壓生產(chǎn)過程，分析了其井口產(chǎn)氣/產(chǎn)水規(guī)律、壓力/溫度場及水合物/自由水飽和度空間分布規(guī)律，并進(jìn)行了隔板半徑對(duì)生產(chǎn)特性的敏感性分析，以期探究人工隔板堵水技術(shù)在海域?qū)酉邓衔锊亻_采中的適應(yīng)性。

1 數(shù)值模型

1.1 儲(chǔ)藏特征

模擬區(qū)域?yàn)槲覈虾１标懮窈Ｓ騑17站位水合物富集區(qū)，平均水合物層厚度57 m，整個(gè)水合物藏呈南北向分布，面積約為6.42 km2，站位隸屬于珠江口盆地白云凹陷的一部分[27]。鉆探及樣品分析結(jié)果顯示：W17站位水深1 266 m，水合物賦存于海底以下201～251 m，儲(chǔ)藏孔隙度（φ）介于0.32～0.35，平均水合物飽和度（SH）為0.31，平均水飽和度（SA）為0.56，平均自由氣飽和度（SG）為0.13[26]，滲透率（K）介于1.5～2.9 mD。此區(qū)域地溫梯度介于0.043～0.068℃/m，孔隙水鹽度質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于2.90%～3.15%[5,28]。

1.2 模型描述及網(wǎng)格劃分

圖1為建立的模擬區(qū)域水合物藏物理模型示意圖，具體假設(shè)條件與本文參考文獻(xiàn)[12]一致，這里不再贅述。整體模擬區(qū)域?yàn)閳A柱形（軸向?yàn)閆，徑向?yàn)镽），上、下蓋層厚20 m（-20 m ≤Z≤0 m，-117 m≤Z≤-97 m），水合物層Ⅰ厚35 m（-55 m≤Z≤-20 m），水合物層Ⅱ厚15 m（-70 m≤Z≤-55 m），自由氣層厚27 m（-97 m≤Z≤-70 m）。所建模型徑向長度取值150 m，足夠描述開采過程中水合物藏徑向壓力傳播[14]。其他相關(guān)參數(shù)：上蓋層，SA= 1.00,φ= 0.35,K= 2.9 mD；水合物層Ⅰ，SH= 0.34,SA= 0.66，φ= 0.35,K= 2.9 mD；水合物層Ⅱ，SH= 0.31，SA= 0.612，SG= 0.078，φ= 0.33，K= 1.5 mD；自由氣層，SA= 0.922，SG= 0.078，φ= 0.32，K= 7.4 mD；下蓋層，SA= 1.00，φ= 0.32，K= 7.4 mD[5]；氣體組分定義為100% CH4，孔隙水鹽度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為3.05%；沉積層密度為2 200 kg/m3，干、濕熱導(dǎo)率分別為1.0 W/(m·K)及1.7 W/(m·K)；復(fù)合導(dǎo)熱系數(shù)模型、毛細(xì)管壓力模型及相對(duì)滲透率模型詳見本文參考文獻(xiàn)[12]。

圖1 模擬區(qū)域水合物藏物理模型示意圖

本文模擬的0 m≤R≤150 m，-117 m≤Z≤0 m圓柱體系沿著R、Z方向共計(jì)被離散為81×194 = 15 714個(gè)網(wǎng)格，其中包含15 452個(gè)活躍網(wǎng)格，模擬區(qū)域的最上、下層邊界被定義為非活躍網(wǎng)格，即溫度和壓力在模擬過程中保持恒定。沿Z方向，上、下蓋層分別被均勻劃分為20個(gè)網(wǎng)格，ΔZ為1.0 m；水合物層Ⅰ、水合物層Ⅱ及自由氣層分別被均勻劃分為70、30、54個(gè)網(wǎng)格，ΔZ為0.5 m。沿R方向?qū)⒕W(wǎng)格依據(jù)對(duì)數(shù)增長的方式進(jìn)行劃分，其中初始網(wǎng)格長度為0.05 m，最大網(wǎng)格長度7.89 m。水合物層Ⅰ、水合物層Ⅱ、自由氣層與井筒附近網(wǎng)格劃分致密，以便為更準(zhǔn)確地描述區(qū)域內(nèi)傳熱傳質(zhì)過程。上述劃分網(wǎng)格共產(chǎn)生31 153個(gè)耦合數(shù)值方程。

1.3 初始及邊界條件

上、下邊界層即最頂端與最底部的一層網(wǎng)格，其溫度和壓力設(shè)置為恒定[29]，水合物藏模型初始化依據(jù)本文參考文獻(xiàn)[30-31]的方法。海床溫度為3.7 ℃，依據(jù)沉積層地溫梯度0.044 3 ℃/m，下邊界層溫度可直接求取；假定儲(chǔ)層壓力遵循靜水壓分布，上、下邊界壓力可根據(jù)溫度、壓力及海水密度計(jì)算[32]。將上、下邊界溫度、壓力值作為試模擬輸入?yún)?shù)，通過反復(fù)試算確定出各網(wǎng)格的實(shí)際初始參數(shù)。初始化后，水合物層Ⅱ底部初始?jí)毫?5.504 MPa，初始溫度為14.82 ℃。為模擬實(shí)際開采過程體系外部海水的可補(bǔ)充滲入性，模型上、下邊界設(shè)定可滲透，最外側(cè)邊界則定義為流動(dòng)邊界[33]。

1.4 生產(chǎn)方案

如圖1所示，開采井為一半徑為0.1 m的直井，生產(chǎn)層段貫穿整個(gè)水合物層Ⅰ及水合物層Ⅱ（層Ⅰ水合物儲(chǔ)量相對(duì)豐富，層Ⅱ溫度、壓力條件則接近水合物相平衡態(tài)，易于分解）。降壓開采期間，井筒始終維持定壓4.5 MPa，同時(shí)假設(shè)生產(chǎn)井內(nèi)：流體遵循達(dá)西定律，滲透率取值1×10-9m2（1 000 D），孔隙度為1.0，毛細(xì)管壓力為0。人工隔板敷設(shè)于上蓋層（-20 m ≤Z≤-19 m）時(shí)，記為隔板A；人工隔板敷設(shè)于自由氣層時(shí)（-71 m≤Z≤-70 m），記為隔板B；上、下隔板同時(shí)敷設(shè)時(shí)，則記為隔板AB。厚度為1.0 m、半徑分別為15 m、30 m、45 m及60 m的人工隔板考慮敷設(shè)于不同生產(chǎn)情境。模型中僅通過滲透率為0的網(wǎng)格區(qū)域來表征人工隔板敷設(shè)區(qū)域，其導(dǎo)熱系數(shù)取值與原儲(chǔ)層相同[12]。鑒于油氣藏領(lǐng)域人工隔板堵水技術(shù)的成熟性，這里不考慮隔板的具體實(shí)施方法及過程。實(shí)際敷設(shè)人工隔板時(shí)，由于水合物藏本身的致密性，可能需要預(yù)先在敷設(shè)區(qū)域進(jìn)行水力壓裂形成人工裂縫帶，隨后注入水溶性聚合物和有機(jī)交聯(lián)劑，二者在裂縫區(qū)域交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生凝膠封堵物，最終形成封隔體系。

2 結(jié)果與討論

目前為止，TOUGH+HYDRATE已被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外多個(gè)實(shí)際天然氣水合物藏礦場尺度開采模擬研究，探究不同開采方式下水合物藏分解特性及生產(chǎn)規(guī)律，進(jìn)而為實(shí)際水合物藏的開采提供理論指導(dǎo)?；?017年神狐海域水合物藏單直井試采數(shù)據(jù)，所建立模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性已于之前工作中得以驗(yàn)證[12]，其可用于后續(xù)結(jié)果的計(jì)算分析，這里不再贅述。

2.1 產(chǎn)氣產(chǎn)水特性

以隔板A、隔板B及隔板AB半徑30 m時(shí)水合物藏的生產(chǎn)情境為例，分析了敷設(shè)人工隔板對(duì)海域?qū)酉邓衔锊亟祲荷a(chǎn)特性（產(chǎn)氣產(chǎn)水、溫度/壓力及水合物/自由水飽和度空間變化規(guī)律）的影響。如圖2、3所示，定壓生產(chǎn)初始時(shí)刻，所有情境的井口產(chǎn)氣速率、產(chǎn)水速率瞬時(shí)達(dá)到最大峰值，因?yàn)榇藭r(shí)井筒與附近沉積層壓差最大，有助于儲(chǔ)層內(nèi)水合物分解或自由流體及時(shí)匯入井筒。隨著井筒附近水合物分解殆盡且流體相對(duì)虧空，產(chǎn)氣產(chǎn)水迅速降低。其中，井口產(chǎn)氣速率不斷下降，生產(chǎn)至5年時(shí)降至約2 600 m3/d；與產(chǎn)氣速率不同，產(chǎn)水速率則較短時(shí)間內(nèi)快速降至最低值約24×104kg/d，隨后又呈回升趨勢。這是因?yàn)殡S著生產(chǎn)時(shí)間增加，水合物層Ⅰ的上端與上蓋層、水合物層Ⅱ的下端與下部自由氣層相融貫通，沉積層中孔隙水在井筒與沉積層之間壓力差的驅(qū)動(dòng)下大量涌向井筒，阻礙氣體匯入；同時(shí)，水合物分解吸熱特性會(huì)引起分解區(qū)域溫度降低，減緩水合物分解，從而使得井口產(chǎn)氣產(chǎn)水呈現(xiàn)不同的變化趨勢。

通過圖2對(duì)比不同人工隔板情境水合物藏產(chǎn)氣特性，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)上隔板（隔板A）或上、下隔板（隔板AB）同時(shí)敷設(shè)時(shí)，生產(chǎn)過程中的井口產(chǎn)氣速率始終略高于無隔板情境，相應(yīng)地，井口累積產(chǎn)氣量也得到了一定提高；而當(dāng)下隔板（隔板B）存在時(shí)，其井口產(chǎn)氣速率先稍高于無隔板情境，后又降至其以下，而后又越至其上，這主要與下隔板附近的水合物分解、自由氣水的滲流以及水合物層Ⅱ中的初始自由氣有關(guān)，但其最終井口累積產(chǎn)氣量還是稍高于無隔板情境。總體上，人工隔板的敷設(shè)對(duì)井口產(chǎn)氣效果存在一定積極效用，同時(shí)綜合3種隔板情境的產(chǎn)氣結(jié)果發(fā)現(xiàn)：上、下隔板產(chǎn)生的增氣效應(yīng)存在可疊加性，如生產(chǎn)至5年時(shí)，隔板A情境累積增氣量約0.197×106m3，隔板B情境累積增氣量約0.42×105m3，隔板AB情境累積增氣量約0.251×106m3。一方面，可能是由于氣體滲透性較強(qiáng)且自身伴有上浮效應(yīng)，進(jìn)而下伏自由氣可繞過隔板的限制（這也是模型中考慮下隔板敷設(shè)于水合物層Ⅱ下部，而不是自由氣層下部的主要原因）；另一方面，人工隔板敷設(shè)后井口產(chǎn)水量下降（圖3），井口產(chǎn)出氣中累積溶解氣量也會(huì)相應(yīng)減少，這便導(dǎo)致不同程度上的井口產(chǎn)氣降低。因此，整體上表現(xiàn)為井口累積產(chǎn)氣增量大大遜于累積產(chǎn)水減量的現(xiàn)象。

圖2 隔板半徑為30 m時(shí)井口產(chǎn)氣速率及累積產(chǎn)氣量變化曲線圖

圖3 隔板半徑為30 m時(shí)井口產(chǎn)水速率及累積產(chǎn)水量變化曲線圖

不同于產(chǎn)氣，人工隔板的敷設(shè)會(huì)對(duì)井口產(chǎn)水特性影響較大。如圖3所示，當(dāng)上隔板（隔板A）存在時(shí)，因?yàn)槠淇勺璧K沉積層內(nèi)壓力垂向傳播，同時(shí)阻擋上蓋層中孔隙水下滲，進(jìn)而致使井口產(chǎn)水速率及累積產(chǎn)水量顯著低于無隔板情境；類似地，當(dāng)下隔板（隔板B）存在時(shí)，其可阻礙自由氣層甚至下蓋層中孔隙水上侵。此外，兩種情境的井口產(chǎn)水存在一定差異，即約770 d之前，上隔板情境的井口產(chǎn)水速率低于下隔板情境，可能是由于水合物層Ⅰ上部邊緣融解速率慢于水合物層Ⅱ下部邊緣，進(jìn)而分解水產(chǎn)出較少，同時(shí)也一定程度上阻礙了上蓋層中孔隙水繞過隔板匯向井筒的過程。隨著隔板附近水合物分解殆盡，水合物層Ⅰ與水合物層Ⅱ分別與鄰近層相融貫通，上覆孔隙水在重力作用下迅速下滲匯入井筒，而自由氣層中自由氣的上浮可能會(huì)阻礙孔隙水匯入井筒，同時(shí)產(chǎn)水特性與上/下蓋層、水合物層Ⅰ、水合物Ⅱ及自由氣層本身物性差異也密切相關(guān)。綜合以上多種因素，最終導(dǎo)致上隔板（隔板A）情境井口產(chǎn)水速率高于下隔板（隔板B）情境，但井口累積產(chǎn)水量相差無幾；當(dāng)上、下隔板（隔板AB）同時(shí)存在時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其井口產(chǎn)水速率始終遠(yuǎn)低于其他情境，5年井口累積產(chǎn)水量相比無隔板情境減少約0.184×109kg，這充分說明了人工隔板在水合物藏開采過程中堵水的有效性，可以起到減水控水的目的。此外，類似于產(chǎn)氣，上、下隔板產(chǎn)生的減水效應(yīng)也存在一定的可疊加性，如隔板A情境累積減水量約9.28%，隔板B情境累積減水量約11.24%，隔板AB情境累積減水量約20.88%。

圖4為生產(chǎn)期間井筒內(nèi)水氣通量的變化曲線，可以看出人工隔板的存在會(huì)顯著影響井筒內(nèi)水通量，尤其當(dāng)上、下隔板（隔板AB）同時(shí)存在時(shí)，其井筒內(nèi)水通量始終遠(yuǎn)低于無隔板情境，說明隔板的敷設(shè)一定程度上增大了沉積層中自由水的流阻，進(jìn)而抑制了沉積層內(nèi)，尤其垂向壓力的傳播擴(kuò)散，這將有助于沉積層內(nèi)水合物分解及分解氣產(chǎn)出。

圖4 隔板半徑為30 m時(shí)井筒內(nèi)水氣通量變化曲線圖

2.2 壓力場、溫度場空間分布

圖5對(duì)比了不同生產(chǎn)時(shí)刻（60 d、1 a、2 a及5 a）無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)壓力場分布?？梢钥闯?，生產(chǎn)期間不同情境從井筒沿徑向方向均產(chǎn)生了明顯的壓力梯度，且隨生產(chǎn)時(shí)間的延續(xù)不斷加劇。井筒附近始終存在顯著的低壓區(qū)域，主要是由于此處水合物分解引起區(qū)域滲透率增大的緣故。生產(chǎn)至60 d，無隔板情境的壓力垂向傳播便已顯著涉及上蓋層與自由氣層，隔板AB情境則不同，其隔板附近區(qū)域壓力垂向傳播，僅在末端呈現(xiàn)出繞過隔板的趨勢。盡管隨生產(chǎn)的持續(xù)，其壓力傳播繞過隔板涉及區(qū)域并不斷擴(kuò)大，但隔板附近垂向壓力梯度（波及上蓋層與自由氣層的區(qū)域）始終小于無隔板情境。這將顯著影響涉及層段孔隙水的滲流特性，進(jìn)而降低井口產(chǎn)水（圖3）。此外，相較無隔板情境，隔板AB情境在整個(gè)生產(chǎn)期間沿徑向方向的壓力傳播更為均整，其有助于水合物層Ⅰ及水合物層Ⅱ內(nèi)水合物分解及氣體產(chǎn)出。也就是說，人工隔板不僅可有效阻礙其敷設(shè)區(qū)域附近沉積層內(nèi)壓力垂向傳播，還有助于水合物層壓力徑向擴(kuò)散。

圖5 無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)壓力場分布圖

圖6對(duì)比了不同生產(chǎn)時(shí)刻（60 d、1 a、2 a及5 a）無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)溫度場分布。生產(chǎn)至60 d時(shí)，井筒附近尤其是井筒下部（水合物層Ⅱ），便已出現(xiàn)了顯著的低溫區(qū)域，這主要是由于井筒附近水合物分解吸熱特性及自由氣體涌入井筒引起的“焦湯效應(yīng)”所致。此時(shí)隔板AB情境低溫區(qū)域面積大于無隔板情境表明前者水合物分解量甚于后者。同時(shí)，由于缺乏人工隔板的“保護(hù)”，無隔板情境自由氣層與下蓋層中的孔隙水已在壓差的驅(qū)動(dòng)下匯入井筒，呈現(xiàn)“底水錐進(jìn)”的形式，表現(xiàn)為較高值的等溫線匯聚于井筒附近，且此種情形隨著生產(chǎn)時(shí)間的延續(xù)不斷加劇。隔板AB情境則不同，其下隔板附近區(qū)域溫度始終相對(duì)較為溫和，也就是說底部熱流相對(duì)涉及較少。相比下隔板附近，上隔板附近區(qū)域的溫度差異不是很大。由于低溫區(qū)域與周圍環(huán)境持續(xù)進(jìn)行熱量傳遞，此區(qū)域會(huì)逐漸消失。

圖6 無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)溫度場分布圖

2.3 水合物及自由水飽和度空間分布

圖7、圖8分別對(duì)比了不同生產(chǎn)時(shí)刻（60 d、1 a、2 a及5 a）無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)水合物飽和度與自由水飽和度分布。從水合物飽和度分布可以看出，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延續(xù)，井筒附近水合物完全分解區(qū)域沿徑向不斷擴(kuò)大，尤其是上、下分解界面，水合物完全分解區(qū)域與相鄰層段相融貫通。對(duì)于隔板AB情境，上蓋層或自由氣層孔隙水會(huì)在重力或壓差作用下繞過隔板匯向井筒（圖8），其間在某種程度上會(huì)加劇上蓋層孔隙水對(duì)水合物層上部分解邊緣的沖刷，延長底部熱流與水合物層下部分解邊緣的接觸時(shí)間，并強(qiáng)化其間熱量傳遞，進(jìn)而促進(jìn)水合物分解，這也是隔板末端附近區(qū)域水合物分解顯著快于無隔板情境的主要原因。此外，通過自由水飽和度分布可看到無隔板情境“底水錐進(jìn)”的演變過程，而這一過程最終也顯著降低了井筒附近自由氣的有效匯入面積。相比之下，人工隔板敷設(shè)可有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的阻水效應(yīng)，進(jìn)而有助于井口綜合含水率的降低。

圖7 無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)水合物飽和度分布圖

圖8 無隔板與隔板AB半徑為30 m時(shí)水合物藏內(nèi)自由水飽和度分布圖

2.4 隔板半徑對(duì)生產(chǎn)特性的影響

進(jìn)一步地，考察了不同隔板AB半徑（0 m、15 m、30 m、45 m及60 m）對(duì)海域?qū)酉邓衔锊亟祲荷a(chǎn)特性的影響規(guī)律。從圖9可以看出，隨著隔板AB半徑從0 m增至60 m，生產(chǎn)至5年時(shí)井口累積產(chǎn)水量持續(xù)顯著降低，井口累積產(chǎn)氣量連續(xù)增加，相應(yīng)地，井口綜合含水率從13.45%降至7.8%，這將大大有助于水合物藏生產(chǎn)效益的提升。此外，隔板AB的敷設(shè)將顯著促進(jìn)水合物藏內(nèi)水合物分解（圖10）。生產(chǎn)至5年時(shí)，無隔板情境水合物分解率僅有3.84%；隔板AB半徑為60 m時(shí)，其水合物分解率可達(dá)6.32%。一方面表明人工隔板的敷設(shè)有助于水合物分解；另一方面，綜合產(chǎn)氣產(chǎn)水效果則會(huì)發(fā)現(xiàn)僅靠人工隔板聯(lián)合降壓開采當(dāng)前水合物藏，仍不足以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化效益，依然停留在產(chǎn)氣低下、入不敷出（投入資本遠(yuǎn)大于產(chǎn)出效益）的局面。因此，未來水合物藏商業(yè)化開采不能僅局限于傳統(tǒng)油氣藏生產(chǎn)技術(shù)的借鑒，還應(yīng)多角度自主創(chuàng)新、降本增效，可考慮油/氣/水合物多資源聯(lián)采模式，最終實(shí)現(xiàn)海底局部智能化、靈活分布式開采方式（井下夢工廠）。

圖9 不同隔板AB半徑生產(chǎn)至5年時(shí)井口累積產(chǎn)氣、產(chǎn)水量及綜合含水率變化曲線圖

圖10 不同隔板AB半徑時(shí)水合物分解率變化曲線圖

3 結(jié)論

1）敷設(shè)人工隔板時(shí)，井口累積產(chǎn)氣量會(huì)不同程度增加，井口累積產(chǎn)水量則顯著減少，因?yàn)楦舭宓姆笤O(shè)會(huì)顯著增大沉積層中自由水的流阻。整體上井口累積產(chǎn)氣增量大大遜于累積產(chǎn)水減量，因?yàn)樽杂伤腥芙鈿庖彩蔷诋a(chǎn)氣的重要來源。上、下隔板在井口累積增氣或減水方面均存在一定的可疊加性。

2）上、下隔板同時(shí)敷設(shè)時(shí)，其整個(gè)生產(chǎn)期間徑向壓力傳播更為均整，即人工隔板的存在不僅可有效阻礙敷設(shè)區(qū)域附近沉積層內(nèi)壓力垂向傳播，還有助于水合物層壓力徑向擴(kuò)散，進(jìn)而促進(jìn)水合物分解及氣體產(chǎn)出。井筒附近尤其是下部溫度始終相對(duì)較為溫和，表明底部熱流相對(duì)較少被涉及。飽和度空間分布結(jié)果顯示，隔板末端附近區(qū)域水合物分解快于無隔板情境，且隔板的存在會(huì)降低井筒附近自由水有效匯入面積。

3）隨著上、下隔板半徑的增加，水合物分解率及井口累積產(chǎn)氣量持續(xù)增加，井口累積產(chǎn)水量快速下降，進(jìn)而井口綜合含水率顯著降低，這將有助于海域水合物藏生產(chǎn)效益的提升。

4）人工隔板堵水技術(shù)適應(yīng)于海域水合物藏降壓生產(chǎn)，但僅靠人工隔板聯(lián)合降壓開采海域?qū)酉邓衔锊?，仍難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化效益。未來水合物藏開采還應(yīng)重視降本增效，同時(shí)可考慮油/氣/水合物多資源聯(lián)采模式及海底局部智能化、靈活分布式開采方式的實(shí)現(xiàn)。