【摘要】： 鑒于油氣資源的日益枯竭,天然氣水合物作為一后備新能源已成為目前世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。鉆探水合物藏時(shí),水合物生成與分解引起的井控難題是阻礙其發(fā)展的主要難題之一。本文對(duì)天然氣水合物鉆探井控工藝技術(shù)進(jìn)行探索性研究,旨在為未來(lái)鉆探水合物藏提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,得到了水合物分解時(shí)在不同溫度及壓力條件下的氣體生成量隨時(shí)間的變化關(guān)系,得到了適合水合物鉆探井控過(guò)程中水合物分解速度模型,為研究水合物鉆探井控工藝技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。 針對(duì)天然氣水合物鉆探的特征,綜合考慮水合物相變的影響,通過(guò)理論分析與推導(dǎo),建立了水合物鉆探井筒多相流流動(dòng)模型,采用數(shù)值方法對(duì)模型中的方程組進(jìn)行了求解,并通過(guò)一個(gè)算例驗(yàn)證了所建模型,得出的計(jì)算結(jié)果與理論基本吻合,該模型的建立為水合物鉆探水力參數(shù)計(jì)算打下了基礎(chǔ)。 綜合分析了海洋天然氣水合物鉆探及井控相關(guān)工藝技術(shù)難題,提出了適用于水合物鉆探的工藝技術(shù)和相關(guān)的設(shè)備配置;根據(jù)水合物的分解特征提出了鉆探中如何抑制水合物分解的方法,并針對(duì)水合物鉆探出現(xiàn)的氣侵和溢流問(wèn)題提出了相應(yīng)的控制方法以及壓井方法和配套的設(shè)備。在常規(guī)海洋鉆井水力參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上,結(jié)合水合物鉆探的工藝技術(shù)特征,建立了水合物鉆探水力參數(shù)計(jì)算模型并得到了循環(huán)壓耗的計(jì)算公式及壓井參數(shù)的計(jì)算方法。本文的研究成果可為我國(guó)今后開展海洋天然氣水合物的鉆探提供一定參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：P744.4
【圖文】：

圖 1-1 天然氣水合物分布圖Fig 1-1 Gas hydrate distribution graph我國(guó)海域內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量天然氣水合物儲(chǔ)量，據(jù)我國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的前期調(diào)查，僅西沙海槽已初步圈出天然氣水合物分布面積 5242 平方千米，水合物中天然氣資源量估算達(dá) 4.1 萬(wàn)億立方米。據(jù)專家預(yù)測(cè)，我國(guó)南海東沙陸坡、臺(tái)灣西南陸坡、南沙海槽、沖繩海槽等水深在 350～3200 米范圍可能存在大量的天然氣水合物資源，可以滿足我國(guó)今后數(shù)百年的需求。我國(guó)海域水深在 500 米以上的深水區(qū)域約占海域總面積的四分之三。南海北部陸坡區(qū)的盆地和南沙海域 13 個(gè)新生代沉積盆地部分或全部位于深水區(qū)，有些地區(qū)水深在 2000 米以上。1.2 天然氣水合物的結(jié)構(gòu)研究表明[4]：天然氣水合物有三種結(jié)構(gòu)，即Ｉ型、Ⅱ型和 H 型晶格結(jié)構(gòu)。其中Ｉ型、Ⅱ型水合物的結(jié)構(gòu)是 50 年代經(jīng) X 射線測(cè)定的；而 H 型水合物的結(jié)構(gòu)則是 1987 年經(jīng)衍

乙烯及鹵素小分子等。其中甲烷在數(shù)量上占據(jù)主要地位。之所以有人，這和它籠狀的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。水合物中的水分子以立方晶系結(jié)晶，體分子作為客體被包含在籠型晶格中。水分子形成剛性籠形晶格，每一個(gè)氣體分子。水合物每種類型的基礎(chǔ)都是十二面體，這種十二面體是由 12 個(gè)水分二面體與六面體在一起，在Ⅰ型天然氣水合物中，形成 12 個(gè)五面體形的晶面；在Ⅱ型天然氣水合物中，與六面體一起，形成 12 個(gè)五邊邊形的晶面。十二面體表示為 512，它具有十二個(gè)五邊形面由五邊形結(jié)構(gòu)。51262表示十四面體，它具有十二個(gè)五邊形、兩個(gè)六邊形面，。十六面體是由四個(gè)六邊形和十二個(gè)五邊形面組成，每個(gè)六邊形邊都的孔穴結(jié)構(gòu)最接近球形，可表示為 51264。H 型結(jié)構(gòu)水合物，其結(jié)構(gòu)與含有 512、51268、435663三種孔穴，此 H 型水合物是由甲基環(huán)己烷等類-2 所示[5]。

按圖1-3 可初步估算天然氣水合物形成的最低壓力和最高溫度[6]。天然氣水合物形成溫度－壓力曲線如圖 1-3 所示。Christiansen 和 Sloan[7]評(píng)論了籠形水合物生成的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究，比較一致地認(rèn)為:當(dāng)非極性分子溶于水中時(shí)，它周圍的水分子將有序排列形成不穩(wěn)定的簇團(tuán)（labileclusters）。它的存在可由溶解時(shí)熵的變化和高的熱容得到證明。它是不穩(wěn)定的，但對(duì)水合物的生成有重要作用。簇團(tuán)內(nèi)非極性分子相互吸引，產(chǎn)生“增水鍵合”，使聚結(jié)成團(tuán)。這種聚結(jié)體的簇團(tuán)互成平衡。在它們沒(méi)有達(dá)到某個(gè)聚結(jié)臨界值之前，可以增大或縮�。划�(dāng)達(dá)到或超過(guò)此臨界值時(shí)，則形成水合物的核。其假設(shè)的機(jī)理如圖 1-4 所示[7]。圖 1-3 天然氣水合物形成溫度－壓力曲線Fig 1-3 Gas hydrate generation temperature pressure curve圖 1-4 形成水合物的機(jī)理假設(shè)Fig 1-4

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7 本報(bào)記者　　趙亞輝　王樂(lè)文;“混合”的學(xué)問(wèn)[N];人民日?qǐng)?bào);2006年

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本文編號(hào)：2776125