新书速递：《海洋天然气水合物开采出砂管控理论与技术》

ISBN 978-7-03-070935-6

作者：李彦龙 吴能友 董长银 等 责任编辑：焦健（jiaojian@mail.cspm.com.cn）

天然气水合物作为一种潜力巨大的非常规化石能源，得到了世界各国的高度重视。近年来，中国，日本，美国，韩国，印度等从国家层面推进天然气水合物计划。2013年以来，日本和中国相继开展两轮海域天然气水合物试采，中国更是率先完成了“探索性试采”向“试验性开采”的跨越。国际上天然气水合物勘探开发研究与实践涌现了大批创新性成果，尤其是在天然气水合物开采理论、实验和数值模拟及技术方法研究方面取得了长足进步，为复杂地质和海洋环境条件下天然气水合物开发带来了曙光。

为系统总结海洋天然气水合物开采领域的基础研究成果, 丰富海洋天然气水合物开发理论, 推动海洋天然气水合物产业化开发进程, 在高德利院士、 孙金声院士等专家的大力支持和指导下, 组织编写了本丛书——《海洋天然气水合物开采基础理论与技术丛书》。

典型出砂形态图

本书为丛书第五卷《海洋天然气水合物开采出砂管控理论与技术》。出砂，是指地质能源开采过程中，地层泥砂颗粒从原始地层骨架脱落并随着流体在地层中迁移或进入生产井/ 管道，进而对能源的持续稳定生产过程产生不利影响的工程地质现象。出砂问题最早见于常规疏松砂岩油气储层，随着近年来地质能源开发种类的增多，出砂问题也频频见于天然气水合物储层、煤层气储层、地下储气库、地热开采井、碳酸盐岩储层和经压裂改造的页岩油气储层。海洋天然气水合物具有埋藏浅、固结弱、未成岩等基本特征。天然气水合物开采过程中，天然气水合物分解导致储层胶结强度不断降低，多相流体渗流引起开采井周围地层应力改变，井筒-地层系统的多相多场强耦合特征明显，而这种多相多场强耦合作用也是天然气水合物开采过程出砂问题区别于其他成岩储层出砂问题的根本原因。这种特殊性使我们无法照搬疏松砂岩油气储层的经验开展天然气水合物开采过程出砂防控方案的制订。

天然气水合物开采储层出砂原理示意图

本书聚焦我国 2017年、2020年海域天然气水合物试采区域——南海北部神狐海域，在梳理和总结海洋天然气水合物开采面临的出砂问题挑战、国内外研究进展的基础上，分析水合物开采过程中储层力学性能的劣化机理；利用实验模拟和数值模拟相结合的手段刻画不同生产工况下地层泥砂的运移产出行为；建立针对神狐海域泥质粉砂型天然气水合物储层的井底控砂参数优选方法和井底控砂介质综合工况评价方法；提出以水平井为代表的复杂结构井宏观出砂调控理念和方法；介绍天然气水合物开采出砂模拟新方法和基于地质-工程一体化理念的提产-控砂-降本一体化开采新思路，以期为我国天然气水合物勘探开发提供科学理论指导和技术参考。

微单元颗粒级尺度出砂过程和形态模拟结果图

本书共分为八章，具体内容如下。

第一章 绪论

主要回顾和梳理国内外天然气水合物储层出砂研究领域的主要进展，并提出从系统工程角度解决出砂问题的基本思路。

第二章含水合物沉积物的力学性质

介绍不同类型的含水合物沉积物剪切破坏特征，探讨不同类型的含水合物沉积物在开采过程中的力学参数弱化机理，为天然气水合物出砂预测模型的建立提供依据。

第三章 水合物储层泥砂运移产出特征实验模拟

分别采用砂质沉积物和泥质粉砂沉积物，模拟水合物已分解区、分解过渡带储层的泥砂迁移规律，分析地层泥砂的启动运移产出的基本特征。

第四章 水合物储层出砂预测模型与数值分析方法

在实验模拟基础上建立天然气水合物储层临界出砂流速预测理论模型，并重点介绍两类用于水合物储层出砂行为预测的数值模拟方法。

第五章 水合物开采井控砂参数设计方法

探讨不同控砂方法在海洋天然气水合物开采井中的适应性，提出针对泥质粉砂水合物储层的控砂精度设计方法。

第六章 水合物开采井控砂介质工况模拟与分析

聚焦出砂问题防控的核心硬件——控砂介质，介绍控砂介质的基本失效形式，重点探讨控砂介质的堵塞、 冲蚀失效规律。

第七章 水合物开采水平井出砂调控原理与方法

针对水合物开采水平井独特性，阐述水平井开采条件下储层出砂预测、井筒控砂参数设计和井筒携砂防堵的基本方法，在此基础上形成水合物开采水平井携砂生产系统协调优化方法。

第八章 水合物储层出砂管控体系新技术与新方法

介绍由作者团队提出的部分水合物储层出砂探测与模拟实验技术，围绕实现天然气水合物提产、降本、控砂一体化目标，提出新的海洋天然气水合物开采方法。

《海洋天然气水合物开采基础理论与技术丛书》从海洋天然气水合物开采的基础理论和多尺度研究方法开始，进而详细阐述开采储层的宏微观传热传质机理、典型地球物理特性的多尺度表征，最后介绍海洋天然气水合物开采的工程与地质风险调控等。本丛书共六卷，卷一、卷四、卷五现已出版，其余分卷计划于2022~2023年陆续推出，敬请期待。

卷一《海洋天然气水合物开采基础理论与模拟》

卷二《海洋天然气水合物开采储层渗流基础》

卷三《海洋天然气水合物开采岩石物理模拟及应用》

卷四《海洋天然气水合物开采热电参数评价及应用》

卷五《海洋天然气水合物开采出砂管控理论与技术》

卷六《海洋天然气水合物开采力学响应与稳定性分析》

本文节选自《海洋天然气水合物开采出砂管控理论与技术》

本书/本文编辑：焦 健

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