發(fā)布時間：2020-04-29 18:08

【摘要】：天然氣水合物是由水分子和天然氣分子在一定溫度和壓力下形成的似冰雪狀結(jié)晶化合物，又稱籠形水合物或“可燃冰”。由于形成天然氣水合物的氣體主要為甲烷，因而也常被稱為甲烷水合物。自然界中的天然氣水合物主要分布在海洋的大陸邊緣和陸上永凍地區(qū)，前者占了已發(fā)現(xiàn)數(shù)量的絕大多數(shù)。天然氣水合物研究已成為當代地球科學研究和能源工業(yè)發(fā)展的一大熱點，該研究涉及到新一代能源的探查開發(fā)、溫室效應、全球碳循環(huán)和氣候變化、古海洋、海洋地質(zhì)災害、天然氣運輸、油氣管道堵塞、船艇能源更新和軍事防御等，并有可能對地質(zhì)學、環(huán)境科學和能源工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。因而世界上許多國家都從各自的關注點對天然氣水合物展開了廣泛的調(diào)查研究。特別是近來能源短缺日益加劇，油氣價格又居高不下，使得各國更加關注具有能量密度高、儲量大和分布廣等特點的天然氣水合物，紛紛加大對其勘探和開發(fā)研究的力度。對于我國來說，本身油氣資源就不足，加之經(jīng)濟的快速發(fā)展，導致能源缺口越來越大。專家預測到2010年我國需進口原油接近2億噸才能滿足經(jīng)濟發(fā)展需求，僅此一項就要花費好幾百億美元的外匯儲備。加之能源結(jié)構不合理以及《京都議定書》的正式生效，都迫使我們?nèi)で罂商娲那鍧嵀h(huán)保新能源。因此，從我國能源戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展角度來說，也應加大對天然氣水合物勘探開發(fā)的力度。 而要對賦藏在地下一定深處的天然氣水合物進行勘探和開發(fā)，鉆井是必不可少的。天然氣水合物的熱壓力特性決定了此類地層鉆井與一般油氣地層鉆井有很大不同，也導致這類地層鉆井面臨更加復雜的井內(nèi)問題。首先在鉆井(進)時，儲層井壁和井底附近地層應力會釋放，地層壓力會降低；同時，鉆頭切削巖石、井底鉆具與井壁及巖心的摩擦都會產(chǎn)生大量的熱能，此外循環(huán)泥漿溫度控制不當，這些都可能使孔內(nèi)溫度升高。因此在鉆井過程中井壁地層壓力和溫度的變化將不可避免地導致天然氣水合物發(fā)生分解。當固態(tài)水合物起膠結(jié)或骨架支撐作用時，分解本身就會使井壁坍塌。而分解產(chǎn)生的水增加了井壁地層的含水量，使顆粒間的聯(lián)系減弱，導致井壁不穩(wěn)；逸出的氣體又影響了鉆井液的比重和流變性，對井壁穩(wěn)定愈發(fā)不利，甚至還可能引發(fā)井涌和井噴等鉆井事故。其次鉆井過程是一個非絕熱過程，鉆井液和地層之間的熱交換以及水合物的分解吸熱都會使井內(nèi)流體溫度和井壁溫度發(fā)生變化，這種溫度變化會影響鉆井液的粘度、密度、化學穩(wěn)定性、井眼周圍的應力和孔隙水壓力，進而影響井壁穩(wěn)定和井內(nèi)安全。最后分解進入井內(nèi)的氣體同鉆井液一起上返到地面，在這過程中如果井內(nèi)溫壓條件合適，它們又會重新在鉆井管線和閥門特別是防噴器內(nèi)形成水合物，導致意想不到的鉆井事故發(fā)生。因此井壁穩(wěn)定和井內(nèi)安全控制是天然氣水合物地層鉆井所面臨的主要難題。加之水合物地層骨架一般為未固結(jié)和半固結(jié)的砂巖或泥質(zhì)砂巖，使得在此類地層鉆井時井壁穩(wěn)定問題尤為突出。而井壁不穩(wěn)定會導致井壁坍塌，鉆具卡鉆，井壁破裂，泥漿漏失，以致井的報廢，損失大量人力物力。據(jù)有關資料
【圖文】：

Hydrate)圖1一l天然氣水合物分子結(jié)構示意圖天然(美國UsGsl)sl①低溫供應;③足夠的生長空間[31。已發(fā)現(xiàn)的天然氣水球約有27%的陸地和90%的大洋水域為存在天合物產(chǎn)于永凍層地區(qū)200一20O0m深處。在海底，1000m]sl，分布在陸坡、陸隆或海臺地區(qū)的沉積

德霍灣西南約64mk、Kupuark河油田中心南約32mk處。最近也就是2005年3月，美國能源部和石油巨頭雪佛龍德士古公司C(hveornT七xaco)聯(lián)合開始在墨西哥灣Keathiye峽谷和Awtater谷區(qū)(圖1一2)進行天然氣水合物勘探鉆井。計劃在8個鉆位鉆16口井，每個鉆位為1組鉆2口井，，，水深1300m左右。兩口井相距13一23m左右，一口井取心，另一口井用來測井(隨鉆測井)，并將在井中安裝長期的監(jiān)控設備。圖1一2美國墨西哥灣Kehatlye峽谷和Awtater谷區(qū)天然氣水合物鉆井示意圖11‘](美國NETL，DOE)進入21世紀后，隨著能源短缺加劇，油氣價格高漲以及環(huán)保要求加大，以勘探開發(fā)天然氣水合物為目的的各類鉆井活動肯定會大增。與之相關的各類鉆井設備、工藝和鉆井液等問題應當是現(xiàn)階段以及今后天然氣水合物研究領域的重點。
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2005
【分類號】：P744.4

【引證文獻】

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本文編號：2644855