發(fā)布時(shí)間：2018-03-11 05:16

  本文選題：天然氣水合物　切入點(diǎn)：冰閥式保壓取心器　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：化石能源是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),天然氣水合物作為一種潛在的新型潔凈化石能源被廣泛關(guān)注,并對(duì)海底滑坡、全球變暖等有重要影響。從2002年開(kāi)始,我國(guó)全面開(kāi)展天然氣水合物資源調(diào)查工作。并且將天然氣水合物的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)列為國(guó)家科學(xué)和技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)研究項(xiàng)目。取心技術(shù)是資源勘探調(diào)查研究的關(guān)鍵技術(shù)方法。國(guó)內(nèi)外多用保壓取心技術(shù)提取天然氣水合物巖心。自國(guó)際深海鉆探(DSDP)首次開(kāi)始應(yīng)用保壓取心鉆具以來(lái),各類(lèi)保壓取心器的保壓取心成功率均較低,究其原因主要是目前的天然氣水合物保壓取心器均采用球閥、板閥等機(jī)械閥門(mén)作為密封機(jī)構(gòu),在水合物取樣鉆進(jìn)過(guò)程中,由于井內(nèi)環(huán)境惡劣,鉆井液中夾雜的大量固相顆粒會(huì)磨蝕閥門(mén)密封表面,造成密封失效,還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)巖心未能正常提升造成巖心屑卡堵,閥門(mén)不能正常關(guān)閉的問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有取心器存在的問(wèn)題,提出利用冰封保壓的方式對(duì)天然氣水合物取樣器進(jìn)行密封保壓。與常規(guī)取心器相比,采用冰封保壓具有以下優(yōu)點(diǎn):無(wú)需球閥等運(yùn)動(dòng)部件;無(wú)精密配合表面要求;無(wú)橡膠等密封元件。因此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,不會(huì)出現(xiàn)卡堵、沖蝕等問(wèn)題造成保壓取心失效。本文結(jié)合數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn),對(duì)天然氣水合物鉆井液冰閥速生機(jī)理進(jìn)行了研究,開(kāi)展的主要研究?jī)?nèi)容和取得的主要進(jìn)展如下:1、基于Ansys Fluent軟件,將固液相變、熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)等多種復(fù)雜物理過(guò)程考慮在內(nèi),構(gòu)建了一系列帶底端蓋冰閥管形成冰閥過(guò)程的生長(zhǎng)模型,數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明:影響帶底端蓋冰閥管形成冰閥速率的主要原因是鉆井液與冷卻液的熱交換速度。因此冰閥管材料導(dǎo)熱系數(shù)大小對(duì)冰閥生成速率影響較小,冷卻液溫度和冷卻液流速對(duì)冰閥生成速率影響較大,并且形成冰閥長(zhǎng)度越長(zhǎng),消耗時(shí)間越多,因此在實(shí)際鉆進(jìn)中,在保證承壓的前提下應(yīng)優(yōu)先考慮較短的冰閥。2、針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中冰閥管底端口無(wú)底端蓋的情況,采用數(shù)值模擬方法對(duì)冰閥形成過(guò)程及其影響因素開(kāi)展了研究,數(shù)值模擬結(jié)果表明,減慢冰閥生成速率的主要因素是鉆井液的自然對(duì)流,由于自然對(duì)流的影響,生成相同長(zhǎng)度冰閥消耗時(shí)間比帶底端蓋的冰閥管平均慢6min左右。3、為了在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中加快冰閥的形成,縮短冰封保壓取樣冷凍時(shí)間,采用數(shù)值模擬結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)的方法開(kāi)展了肋片加速形成冰閥的研究。數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果均表明,在冰閥管底端布置肋片可有效阻止冰閥管內(nèi)鉆井液與孔底鉆井液發(fā)生自然對(duì)流,加速冰閥的形成。數(shù)值模擬結(jié)果表明:與無(wú)底端蓋冰閥管結(jié)構(gòu)相比,采用肋片結(jié)構(gòu)最快可使冰閥生成時(shí)間縮短6.5min;肋片層數(shù)對(duì)形成冰閥速率影響較大,肋片層數(shù)越多,形成冰閥速率越高;肋片層間隙與肋片材料對(duì)形成冰閥速率影響較小;肋片厚度為0.9mm比肋片厚度大于0.9mm的冰閥管管內(nèi)鉆井液完全形成冰閥速率更快。
[Abstract]:Fossil energy is an important material foundation to support the development of national economy. As a potential new clean fossil energy, natural gas hydrate has been widely concerned, and has an important impact on submarine landslide, global warming and so on. Since 2002, The investigation of natural gas hydrate resources has been carried out in an all-round way in China, and the exploration and development technology of natural gas hydrate has been listed as the key research project of national science and technology development. Coring technology is the key technology in the investigation and research of natural gas hydrate exploration. Methods of extraction of natural gas hydrate cores by multiple pressure keeping coring techniques at home and abroad. Since DSDP was first used in deep sea drilling, The success rate of pressure-retaining coring is low in all kinds of pressure-keeping coring devices. The main reason is that the current gas hydrate pressure-keeping coring devices use mechanical valves such as ball valves, plate valves and other mechanical valves as sealing mechanisms, which are used in the process of hydrate sampling and drilling. Due to the bad environment in the well, a large number of solid particles in the drilling fluid will erode the sealing surface of the valve, resulting in the failure of sealing, and the failure of the core to raise normally, which will result in the blockage of the core chips. In view of the problems existing in the existing coring devices, it is proposed to seal the gas hydrate sampler by using the method of ice sealing and keeping pressure, compared with the conventional coring device. The use of ice to keep pressure has the following advantages: no ball valve and other moving parts; no precise matching surface requirements; no rubber and other sealing elements. In this paper, the mechanism of ice valve rapid growth of natural gas hydrate drilling fluid is studied in combination with numerical simulation and laboratory test. The main research contents and progress are as follows: 1, based on Ansys Fluent software. In this paper, a series of growth models of ice valve tube with bottom end cover are constructed by taking into account many complex physical processes, such as solid-liquid phase transition, thermal convection, heat conduction and so on. The results of numerical simulation and laboratory test show that the main reason that affects the ice valve formation rate is the heat exchange velocity between drilling fluid and coolant, so the heat conductivity of ice valve material has little effect on the ice valve formation rate. The temperature of the coolant and the velocity of the coolant have great influence on the formation rate of the ice valve, and the longer the length of the ice valve is, the longer the time is, so in the actual drilling, Under the premise of guaranteeing the pressure, the short ice valve should be given priority. In view of the situation that there is no bottom end cover at the bottom end of the ice valve pipe in practical application, the forming process of the ice valve and its influencing factors are studied by using the numerical simulation method. The numerical simulation results show that, The main factor of slowing the ice valve formation rate is the natural convection of drilling fluid. Due to the influence of natural convection, the average time to produce the ice valve of the same length is about 6 minutes slower than that of the ice valve tube with the bottom cover. In order to speed up the ice valve formation in the field application, In order to shorten the freezing time of frozen ice seal, the method of numerical simulation combined with indoor test was used to study the accelerated formation of ice valve. The results of both numerical simulation and indoor test show that, The arrangement of ribs at the bottom of the ice valve tube can effectively prevent the natural convection between the drilling fluid in the ice valve tube and the drilling fluid at the hole bottom and accelerate the formation of the ice valve. The numerical simulation results show that compared with the structure of the ice valve tube without the bottom end cap, The formation time of ice valve can be shortened by 6.5 mins as soon as the rib structure is adopted, the number of rib layers has a greater influence on the rate of ice valve formation, the more the number of rib layers, the higher the rate of ice valve formation, and the smaller the influence of the gap of rib layer and the material of rib sheet on the rate of ice valve formation. The ribbed blade thickness of 0.9 mm is faster than that of the ice valve pipe in which the ribbed blade thickness is greater than 0.9 mm.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P634.6;P618.13

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本文編號(hào)：1596749