【摘要】：北極、亞北極以及我國的青藏高原、新疆地區(qū)廣泛發(fā)育著大面積的多年凍土,這些區(qū)域除了常規(guī)油氣資源之外還賦存著大量的天然氣水合物,存在著極大的開發(fā)價值。然而,凍土層鉆井面臨著巨大的技術挑戰(zhàn),其中井口穩(wěn)定性是凍土層鉆井的關鍵技術難點之一。由于鉆井液與地層間的熱交換作用導致凍土層升溫融化,凍土的承載力大幅下降,井口和表層導管在井口載荷的作用下容易發(fā)生失穩(wěn)下沉,導致作業(yè)中斷,嚴重影響作業(yè)安全。因此,開展凍土層鉆井過程井口穩(wěn)定性的研究,為今后凍土層鉆井作業(yè)提供參考依據(jù)就有著至關重要的意義。本文在分析了凍土的基本特征以及凍土層鉆井特點、理論計算的基礎上,在新疆克拉瑪依-20℃左右的環(huán)境下進行了多組現(xiàn)場模擬試驗,研究了鉆井過程中溫度變化對于凍土承載力的影響規(guī)律,并通過ABAQUS有限元分析軟件,對凍土層鉆井過程的溫度場分布以及井口周圍土體的融沉規(guī)律進行了數(shù)值模擬。在凍土鉆井過程中,土體溫度的變化趨勢可以分為三個部分:平穩(wěn)上升段、快速上升段和穩(wěn)定階段。井口下沉分為平穩(wěn)下降段、快速下降段和穩(wěn)定固結段。隨著地層溫度的逐漸升高,井口開始出現(xiàn)下沉,當?shù)貙由叩揭欢囟葏^(qū)間后,井口開始進入加速下沉階段,當?shù)貙又械谋咳诨?井口下沉逐漸趨于穩(wěn)定,進入穩(wěn)定固結段。試驗和數(shù)值模擬結果表明:粘性凍土在-4℃~0℃之間承載力下降最快,在這一區(qū)間內井口容易發(fā)生劇烈的融沉破壞。因此根據(jù)不同的井口載荷和凍土的物理力學參數(shù),可以通過控制鉆井液溫度或者增加表層導管下入深度的方式提高凍土層鉆井的井口穩(wěn)定性。
【圖文】：

研究目的與意義017 年，我國原油進口量為 4.2 億噸，同比增長 10%，首次超越美最大的原油進口國。石油對外依存度的不斷攀升將嚴重影響到我國制約經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，我國將在能源安全方面面臨巨大的挑戰(zhàn)我國迫切需要提升自己的原因供給能力，改善能源狀況。隨著石油竭，鉆井技術的不斷發(fā)展，極地、冷海、凍土地區(qū)等需要大量技術的地區(qū)已逐漸成為了各國搶占資源的新熱點，也成為了我國未來油主要方向之一。土地區(qū)蘊含著豐富的油氣資源。研究表明，陸地和冷海的天然氣水存在永久凍土區(qū)域，根據(jù)全球天然氣水合物分布區(qū)域圖（圖 1.1）顯和南極區(qū)域存在著約 4120 億桶油氣當量的待開采資源，約為世界資源的 22%。資料顯示，北極地區(qū)的待開采油氣資源約 1000 億噸了一個新的波斯灣，這些地區(qū)的資源開采情況將極大地影響到今后局[2]。

第 1 章 緒論凍土地區(qū)油氣資源的勘探開發(fā)也是我國今后發(fā)展的重點方向之一。中國第三大凍土大國，凍土面積約 2.15 106平方公里，分布范圍以東北的大和青藏高原地區(qū)為主[3]，蘊含著大量未開采的油氣資源(圖 1.2)。隨著我海域可燃冰(天然氣水合物)的開采成功，我國正在逐漸加快推進可燃冰的進程，據(jù)資料顯示，中國青藏高原覆蓋著大量的凍土帶，天然氣水合物資。同時，我國一直在積極參與和布局極地、冷海等凍土地區(qū)油氣資源的開，，與多個國家，尤其是俄羅斯等簽署了多個區(qū)塊的油氣開發(fā)合作項目，這步要求我們在凍土地區(qū)的鉆井技術需要有更快、更好的發(fā)展。
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE242

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本文編號：2610228