【摘要】：到目前為止,清潔能源所占的比重越來越大,天然氣水合物也在逐漸地受到重視。海洋天然氣水合物的資源量非常豐富,但是由于其本身物理化學(xué)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的特殊性,使得天然氣水合物鉆井過程中會(huì)在井筒發(fā)生相態(tài)變化:鉆井時(shí)水合物層分解產(chǎn)氣后進(jìn)入井筒上升,在溫度壓力滿足條件的情況下會(huì)再次生成水合物,脫離生成區(qū)域后,又會(huì)重新分解。這就使得傳統(tǒng)鉆井在溫度和壓力控制上受到更加嚴(yán)格的挑戰(zhàn),因此需要對(duì)井筒中水合物的相態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行研究。本文在分析水合物物理化學(xué)性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,將海洋水合物藏與常規(guī)海底油氣藏鉆井做了對(duì)比,對(duì)水合物鉆井中會(huì)遇到的問題和目前已有的水合物鉆井技術(shù)進(jìn)行了初步探索;對(duì)比并選取合適的模型對(duì)水合物相態(tài)平衡曲線進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,分析了不同天然氣組分類型、不同水合物抑制劑類型、濃度等因素對(duì)相態(tài)平衡曲線的影響;結(jié)合水合物生成動(dòng)力學(xué)和分解動(dòng)力學(xué)規(guī)律,建立了井筒中水合物生成與分解速率方程,借助文獻(xiàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)井筒水合物相態(tài)變化進(jìn)行了簡單模擬判斷;考慮天然氣水合物的相態(tài)變化,建立海洋水合物鉆井過程中井筒多相流動(dòng)方程,通過數(shù)值計(jì)算對(duì)井筒內(nèi)的溫度壓力場進(jìn)行模擬,結(jié)合算例,對(duì)水合物在井筒內(nèi)的相態(tài)變化情況進(jìn)行預(yù)測,分析了鉆井參數(shù)變化對(duì)井筒內(nèi)水合物生成的影響規(guī)律。由計(jì)算結(jié)果得出,井筒的溫度和壓力變化是影響水合物相態(tài)變化的最主要因素,在實(shí)際的鉆井中,可以通過調(diào)整鉆井參數(shù),對(duì)井筒溫度壓力進(jìn)行有效控制來對(duì)預(yù)防鉆井事故。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P744.4;P756.5
【圖文】：

1.1 研究目的與意義到今天為止，傳統(tǒng)化石能源的主導(dǎo)地位在短時(shí)間內(nèi)雖然不會(huì)發(fā)生大的改變，但是全球范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)氣候變化和大氣污染的防治力度正在不斷增加，所以未來的能源結(jié)構(gòu)也正在慢慢改變。據(jù)預(yù)計(jì)[1]，在未來 20 年內(nèi)，清潔能源所占能源消費(fèi)的比重將提高至少十個(gè)百分點(diǎn)。天然氣水合物燃燒后僅會(huì)產(chǎn)生少量的二氧化碳和水，污染相對(duì)于傳統(tǒng)能源小得多，能夠有效地減少全球溫室效應(yīng)。作為清潔能源的代表，水合物正在越來越受人矚目。天然氣水合物的儲(chǔ)量十分可觀[2-3]，勘探結(jié)果顯示，在全球范圍內(nèi)大約有 2.8×1015－8×1018m3的水合物，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于傳統(tǒng)能源的兩倍左右。根據(jù)形成海洋水合物的自然約束條件判斷，我國適合水合物賦存的海域面積相當(dāng)可觀。為了在未來的能源市場中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢，我國對(duì)水合物的勘探開發(fā)十分重視， 201年 5 月神狐海域水合物首次試采成功之后，經(jīng)過國務(wù)院批準(zhǔn)，天然氣水合物在同年 11 月正式成為我國第 173 個(gè)礦種。

圖 1.2 南海海槽降壓試采甲烷天然氣水合物Fig. 1.2 Methane gas flare resulting from methane hydrate de-pressurization test（3）加拿大1972 年，加拿大在麥肯齊三角洲鉆探兩口井時(shí)，由于水合物的出現(xiàn)使得泥漿現(xiàn)大量氣體，從而造成了鉆井事故。1998 年，加拿大作為發(fā)起者組織了國際大陸鉆探項(xiàng)目（Mallik 鉆井），項(xiàng)目本團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)，共有 5 個(gè)國家，50 家單位、研究機(jī)構(gòu)、工程公司的 300 多名科技術(shù)、工程人員參與。2001 年至 2008 年期間，進(jìn)行了多次鉆探及生產(chǎn)測試，但是都由于出砂量很大得不中斷測試。但是這次嘗試首次證實(shí)天然氣水合物的工業(yè)生產(chǎn)在技術(shù)上是的，從長遠(yuǎn)來看，水合物具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這一系列的研究也證明在水鉆井時(shí)通過降低壓力的方法比起單純?cè)黾鱼@井溫度能夠更快地產(chǎn)生氣體，而果能夠同時(shí)升高溫度降低壓力的話，產(chǎn)氣目的可以更加高效的達(dá)成。（4）印度

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