本文選題：深水鉆井 + 天然氣水合物��； 參考：《西南石油大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著我國經濟的飛速發(fā)展和對能源需求的日益增加,深水油氣的勘探和開發(fā)將成為確保我國能源安全的重要舉措。在深水油氣開發(fā)中,受水深和海洋環(huán)境的影響,泥線附近溫度較低,溢流氣體容易在海底井口、防噴器、節(jié)流管線等部位生成水合物,從而造成防噴器無法正常操作或者堵塞節(jié)流管匯,影響正常壓井作業(yè),給深水鉆井帶來諸多安全隱患。因此,研究深水鉆井中水合物的生成規(guī)律,預測水合物的生成和分解對井筒壓力控制的影響,對確保深水鉆井的安全高效具有重要的理論及實踐意義。本文在廣泛調研國內外水合物生成條件預測方法的基礎上,建立了天然氣水合物相平衡模型�；谫|量守恒、動量守恒、能量守恒定律及傳熱學理論,考慮海水、地層、環(huán)空的傳熱特征及不同工況下溢流氣體相態(tài)變化的影響,建立了深水鉆井過程中無溢流循環(huán)、溢流循環(huán)、關井和壓井4種工況的井筒溫度壓力預測模型。結合輔助方程、定解條件,采用有限差分法對模型進行了離散和求解,對深水鉆井無溢流循環(huán)、溢流循環(huán)、關井和壓井工況下水合物的生成情況進行了預測,分析了排量、關井時間、循環(huán)時間、抑制劑和隔水管保溫層等因素對水合物生成的影響,模擬了溢流工況和壓井工況下環(huán)空氣相體積分數(shù)、井底壓力、泥漿池增量、節(jié)流閥壓力等參數(shù)的變化規(guī)律,研究了水合物相態(tài)變化對井筒多相流動規(guī)律的影響。建立了關井水擊壓力數(shù)學模型,計算了水擊波速和水擊壓力,采用分子動力學方法對比分析了給定溫度壓力和給定溫度但壓力波動兩種情況下的水合物生成情況。在理論研究的基礎上,編制了深水鉆井不同工況下天然氣水合物生成預測軟件及溢流和壓井過程中水合物對井筒壓力影響軟件。計算結果表明:在溢流工況下,水合物生成較少,水合物相變對流體流動規(guī)律影響不大。關井工況下,泥線附近溫度快速降低,導致水合物生成;關井引起的壓力波動提高了水合物的成核速率,導致水合物生成;壓井工況下,溢流氣體進入節(jié)流管線后會生成少量水合物,同時隨著壓井的進行,泥線附近已生成的水合物會開始分解,節(jié)流閥壓力也會在水合物分解后會出現(xiàn)第二次上升的過程,給壓井施工帶來困難。深水鉆井中,可以采取增大循環(huán)排量、減少關井時間、加入水合物抑制劑或使用隔水管保溫層等措施抑制水合物的生成。本文研究成果可用于預測深水鉆井中天然氣水合物的生成情況,分析水合物相變對井筒多相流動規(guī)律的影響,為深水鉆井水合物的預防和合理井控措施的制定提供理論支持。
[Abstract]:With the rapid development of China's economy and the increasing demand for energy, the exploration and development of deep-water oil and gas will become an important measure to ensure the energy security in China. In deep water oil and gas development, due to the influence of water depth and marine environment, the temperature near the mud line is relatively low, and the overflow gas can easily form hydrates at the bottom wellhead, blowout preventer, throttling pipeline, etc. As a result, the blowout preventer can not operate normally or clog the throttling manifold, which affects the normal well killing operation and brings many safety risks to deep water drilling. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to study the rules of hydrate formation in deep water drilling and to predict the influence of hydrate formation and decomposition on wellbore pressure control to ensure the safety and efficiency of deep water drilling. A phase equilibrium model of natural gas hydrate is established on the basis of extensive investigation of the prediction methods of hydrate formation conditions at home and abroad. Based on the conservation of mass, momentum, energy conservation and heat transfer theory, considering the heat transfer characteristics of sea water, formation and annulus, and the influence of the phase change of overflow gas under different working conditions, the non-overflow circulation in deep water drilling is established, which is based on the conservation of mass, the conservation of momentum, the conservation of energy and the theory of heat transfer. The wellbore temperature and pressure prediction model of overflow circulation, shut-in and dead well. Combined with auxiliary equation and solution condition, the model is discretized and solved by using finite difference method. The formation of hydrate in deepwater drilling without overflow circulation, shut-in and dead well is predicted, and the displacement is analyzed. The effects of shutoff time, circulation time, inhibitor and insulation layer of riser on hydrate formation are simulated. The volume fraction of annular air phase, bottom hole pressure, mud pool increment are simulated under overflow and well killing conditions. The influence of gas hydrate phase change on wellbore multiphase flow is studied by the variation of throttle valve pressure and other parameters. The mathematical model of water hammer pressure in closed well is established, the wave velocity and water hammer pressure are calculated, and the formation of hydrates under two conditions of given temperature pressure and given temperature but pressure fluctuation is compared and analyzed by molecular dynamics method. On the basis of theoretical research, the software for predicting the formation of natural gas hydrate under different conditions of deep water drilling and the influence software of hydrate on wellbore pressure during overflow and well killing are developed. The results show that under the overflow condition, the hydrate formation is less, and the hydrate phase transition has little effect on the fluid flow law. Under shut-in condition, the temperature near the mud line decreases rapidly, which leads to the formation of hydrate. The pressure fluctuation caused by shut-in increases the rate of hydrate nucleation and results in hydrate formation. When the overflow gas enters the throttling pipeline, a small amount of hydrates will be formed. At the same time, the hydrates formed near the mud line will begin to decompose, and the throttle pressure will rise for a second time after the hydrates decompose. It brings difficulties to the well-killing operation. In deep water drilling, measures such as increasing circulating discharge, reducing shutoff time, adding hydrate inhibitor or using insulation layer of riser to restrain hydrate formation can be taken. The research results in this paper can be used to predict the formation of natural gas hydrate in deep water drilling, and to analyze the influence of hydrate phase transition on well bore multiphase flow, and to provide theoretical support for the prevention of hydrate in deep water drilling and the formulation of reasonable well control measures.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE52

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