海域天然气水合物安全高效开采是目前全球天然气水合物能源研究的竞争热点，以水平井为代表的复杂结构井开采技术能够大幅提高单井产能，被认为是最具潜力的天然气水合物开采技术。与此同时，海域天然气水合物长期开采面临出砂风险的制约，实现开采井筒安全高效砾石充填是实现水平井等复杂结构井技术长效开采的必然需求。但同时砾石充填技术在水平井中的应用受到天然气水合物储层极窄安全密度窗口、高漏失速率等因素的制约。
基于上述需求和技术挑战，海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室研究团队创新提出了海域天然气水合物开采水平井砾石充填安全作业窗口的预测方法和考虑水合物储层中水合物分布特征的砾石充填参数设计方法，揭示了天然气水合物对水平井安全作业窗口的控制机理。研究结果表明，采用“低密度砾石+低砂比+降粘剂”工艺组合是实现南海天然气水合物试采水平井安全施工的必然需求；随着水平井所处位置处的地层水合物饱和度升高，一定工艺参数组合条件下的安全作业窗口扩大、安全充填延伸极限扩大，相应的安全作业风险降低，砾石充填工艺的应用可行性和成功率也将大幅提升；特别是多级β波充填技术的应该，能够有效拓宽安全作业窗口，为天然气水合物试采井的安全施工提供必要的支撑。与此同时，研究结果表明，水合物储层漏失速率的不确定性是导致海域天然气水合物试采水平井砾石充填失败的最大诱因，因此研究团队强烈建议钻井之后进行循环漏失测试，从而为砾石充填施工参数的精细化设计提供基础依据。
上述研究成果在能源领域国际顶级学术期刊Energy（IF=6.082）以《Optimization and Analysis of Gravel Packing Parameters in Horizontal Wells for Natural Gas Hydrate Production》（海域天然气水合物开采水平井循环砾石充填参数优化与分析）为题在线发表。海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室固定成员、青年科学家李彦龙为论文第一作者，海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室主任吴能友研究员和中国石油大学（北京）高德利院士为论文的共同通讯作者。该成果由海洋试点国家实验室联合中国地质大学（武汉）、加拿大里贾纳大学、中国石油大学（北京）以及东营瑞丰集团等单位的科研人员共同完成。此项研究得到了国家自然科学基金面上项目（No. 41976074, 42076217)和泰山学者特聘专家项目(No. ts201712079)的联合资助。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S036054422032692X?dgcid=coauthor