水合物藏钻探中的环空多相流溢流特性研究

含天然气水合物相变的环空多相流动问题是天然气水合物藏钻探过程中井筒流体力学问题的一个关键．考虑天然气水合物的相变,建立了溢流期间环空各相流体的连续性方程、动量方程以及能量方程．模拟计算结果表明：溢流期间,天然气水合物的生成区域会随着循环流量的增大或抑制剂浓度的提高而减小,可通过增大流量和抑制剂浓度使水合物的生成区域脱离海底,减小防喷器管线被堵塞的危险;水合物的生成使环空中气体体积分数降低,泥浆池增量减小,给溢流检测带来延迟;当检测到有气侵发生时,水合物藏分解速率比较小时,井筒中生成水合物的可能性要比分解速率大的情况下更为严重;水合物相变对井底压力的影响较小,在工程中计算井底压力时可以忽略;由于天然气水合物的生成使得关井套压值不能真实反应气侵情况,而且随着时间的增加情况会更加严重．     

基于多相压力波响应图版识别超深井气侵位置

考虑相界面雷诺应力、拖拽力、虚拟质量力、气液物性差异等参数,创建井筒多相压力波速及压力响应数学模型,基于超深井环空多相压力波响应图版唯一性,提出压力波响应图版识别超深井气侵位置的新方法;考虑井口气体溢流量、回压、钻井液密度等边界参数,结合差分数学方法对其求解,该方法在超深井YS1井(8 680 m)验证,压力响应误差小于等于1.703 s,计算与实测误差小于等于6.15%。结果表明：随回压增大,井筒流体可压缩性减小,井筒压力波速增大,压力响应时间减小;随井口气体溢流量增大,环空空隙率增大,压力波速减小,井筒压力响应时间延长,井口气体溢流量从0.83 L/min变化至38.33 L/min,井底8 680 m处压力响应时间从10.127 s增至36.643 s,增大了261.83%;气侵位置识别结果不仅取决于井口压力及流量传感器准确度,也与压力波响应图版计算准确性有关;实践证明借助压力波响应图版识别超深井气侵溢流位置的方法可行。     

气侵期间岩屑运移规律研究

基于井筒多相流、传热学原理,综合考虑高温高压下天然气和钻井液物性参数变化,建立了环空气液固多相流数学模型,并采用多相流流动和井筒-地层传热耦合方法进行数值求解,着重进行气侵期间岩屑运移规律和敏感性参数分析。计算结果表明:相比泡状流,段塞流携岩能力较差,不利于维持井眼清洁;随着井口回压/循环排量的增加,气相体积分数逐渐减小,岩屑体积分数逐渐增加,而当流型发展为段塞流时,岩屑体积分数随井口回压/循环排量的增加而减小,而气侵量对其的影响正好相反;钻井液塑性黏度、机械钻速、岩屑粒径以及岩屑颗粒球形系数对气相体积分数基本没有影响,而对岩屑体积分数影响较大。     

含H2S天然气井溢流过程动态模拟

考虑H₂S在井筒中的相态变化,建立了含H₂S气井井筒动态溢流模型,同时采用有限差分法对模型进行求解,结合四川某含H₂S天然气井现场数据模拟含H₂S天然气井溢流过程,并将模拟结果与不含H₂S气井进行对比分析。研究结果表明：随着温度和压力的降低,H₂S在上部地层井段发生相变并直接引起气体体积的膨胀。含气率的突增使钻井液池增量迅速增加,且在相同的溢流时间内,关井时刻钻井液池增量增加更明显。含H₂S气井井筒内气体膨胀更迅速,导致环空压力下降更快,环空流型转化更加迅速。此外,井底压力下降更快,关井套压迅速增加,进一步加剧了溢流程度。因此,含H₂S气井井喷预警时间急剧缩短,井控难度和井喷危险大大增加。     

煤层气同心管气举排水工艺参数的确定方法

煤层气井在产气之前需要进行排水降压作业,同心管气举通过在生产油管中加入小油管,可以为气举提供注气通道的同时,又不影响油套环空作为气井的产气通道。结合固相颗粒在垂直气液两相流中的运移模型,给出了同心管气举条件下,不同粒径煤粉颗粒排出井筒所需要的气液流速条件。通过同心管环空气液两相流压力计算,给出了同心管气举阀安装位置的设计方法,并结合煤层气井排采过程中煤层气井的生产动态特征,给出了注气量的确定方法。对同心管气举排水工艺进行了现场试验,分析了试验气井的实际排采曲线,证明同心管气举排水工艺的可行性,以及气举参数设计的合理性。通过计算排采阶段同心管的气举效率,表明该工艺在整个试验阶段可以保持较高的举升效率。根据煤粉排出的临界条件,判断以及预测煤粉在井底沉积的可能性和时间。     

旋流条件下的气液环空流流动规律研究

针对涡流工具排液效果的问题,开展了旋流条件下气液两相流动模型的研究。考虑到旋流中角速度的存在,研究中采用气液流动在径向和周向上的动量和角动量平衡的方法,建立了气液流动控制方程,计算了液膜厚度,气液相旋流强度等参数以及压降梯度,并进行涡流工具实验验证模型。涡流工具降低压降损失的机理结果表明,安装涡流工具后流动压降可以降低5%~20%。根据实验及模型,在低速（气相速度小于13 m/s）时,小旋流角和高旋流强度更利于降低压降,而高速（气相速度大于16 m/s）时,高旋流强度会增加额外摩擦阻力。旋流强度的衰减速度会随着液相速度增大而减小,而随气相速度增大而增大。该研究结果可对涡流工具进行优化设计,以达到最佳排液效果。     

材料制备对H2S元件气敏特性的影响

用不同方法制备H2 S气敏元件 .将 (CH4) 5H5[H2 (WO4) 6]·H2 O重结晶热分解得到纳米WO3 材料 ,再掺杂ZnS以及Al2 O3 制得的气敏元件对微量H2 S气体具有较好的灵敏度、选择性和较快的响应恢复特性 .用X射线衍射仪分析了材料的微观结构 .     

垂直井筒气液段塞流压力梯度的简便算法

以流动机理研究为基础，应用等效段塞单元分析方法，建立了垂直气液段塞流压力梯度的计算模型，依据实验数据确定了模型中液相段塞持液率的预测方法，借用公开发表的相关实验数据对新建模型进行了验证。经对比分析认为，所提出的压力梯度计算方法不仅涉及的中间参量少、计算简便，而且对不同来源的数据适应性好、计算精度高。另外，不同液相段塞持液率相关式的计算结果相差较大，但实验条件下对压力梯度的预测值影响并不大。     

垂直井筒气液段塞流压力梯度的简便算法

以流动机理研究为基础,应用等效段塞单元分析方法,建立了垂直气液段塞流压力梯度的计算模型,依据实验数据确定了模型中液相段塞持液率的预测方法,借用公开发表的相关实验数据对新建模型进行了验证.经对比分析认为,所提出的压力梯度计算方法不仅涉及的中间参量少、计算简便,而且对不同来源的数据适应性好、计算精度高.另外,不同液相段塞持液率相关式的计算结果相差较大,但实验条件下对压力梯度的预测值影响并不大.     

城市生活污水排水管道H2S溢出特性的研究

 为控制城市生活污水排水管道中由厌氧微生物而产生的H₂S所引起的恶臭味,应先对产生恶臭味的H₂S气体进行监测,了解污水排水系统H₂S的产生特性.对学生宿舍区、居民区和餐饮区中3个检查井的H₂S溢出浓度进行现场监测,其结果通过Boltzmann函数的拟合回归分析以及正态分布的P-P图预测,表明城市生活污水排水管道中H₂S的溢出与时间具有较大的相关性,随时间的变化符合二项式时间曲线估计的回归;其溢出浓度近似服从于正态分布;在同一天里,随着流速增加,H₂S浓度越高;不同污水中H₂S的浓度明显不同.这些特性为城市污水排水管道中所产生的H₂S而引起的恶臭味的控制与治理提供依据.     

CO_2和H_2S共存酸性环境OCTG材料选用研究

针对5个公司在CO2和H2S共存酸性环境下石油管材(OCTG)选材规范及NACE MR0175/ISO 15156标准进行对比分析。对影响管材安全性的因素进行分析,给出各环境条件下不同公司选材规范之间的异同和适用范围。研究综合选材方案及操作步骤,编制OCTG材料综合选材软件。以新疆油田三高气井(高温、高压、高硫化氢环境)为例进行具体分析,给出影响材料抗腐蚀性能的计算公式,并根据材料的不同性质选择不同的选材准则。结果表明:影响酸性环境下OCTG选材的主要因素为H2S分压和CO2分压、温度及Cl-含量;得到了最优的选材推荐区间。     

理论研究H2S与羟基和Cl在没有水分子和有水分子条件下的反应机理

本文用量子化学计算方法研究没有水分子和有水分子条件下对Cl+H2S和OH+H2S这两个反应产生的影响.在wb97xd/aug-cc-pvtz水平下的计算结果表明,单个水分子加到反应中会使Cl+H2S和OH+H2S这两个反应的能垒分别减小3.0kal/mol和2.2kal/mol.同时两个反应的速率常数在水分子影响下也分...     

高含硫气藏中的硫微粒运移和沉积

在研究高含硫气藏元素硫溶解、析出,硫与高含硫气体混合物相态变化特征,硫微粒的运移、沉积规律和硫沉积储层伤害等基础上,引入空气动力学理论,建立了描述硫微粒气固运移、沉积数学模型,结合实验建立了硫沉积储层伤害模型,并利用所建立的模型模拟某高含硫气藏硫沉积对气藏生产的影响.模拟结果说明:整个气藏在生产过程中都会出现硫沉积;硫沉积对气井生产的影响主要反映在生产后期;后期硫沉积严重的区域主要是在井筒周围;高速气流能够将析出的硫微粒携带出地层,因此,合理控制气井产气量可以减少硫微粒在地层中的沉积,降低对地层的伤害,提高高含硫气藏采出程度.     

H2S对N80号汕管钢腐蚀行为的影响

用稳态极化法,阳极动电位扫描法研究了给定酸度而不同H2S浓度和给定H2S浓度而不同酸度的溶液中H2S对N80号油管钢腐蚀行为的影响。结果表明：酸性溶液中H2S会吸附在油管钢表面从而促进腐蚀反应阳极过程的进行,且随着溶液中H2S浓度的增大油管钢耐蚀能力降低,腐蚀率加快。     

南海固态流化开采天然气水合物设计参数优化

确保水合物开采工程安全,是实现南海固态流化开采天然气水合物商业化开采的关键和前提。为研究钻井参数对固态流化开采天然气水合物过程中多相流特性和工程安全的影响,建立了考虑水合物热分解的井筒多相流模型并分析了钻井参数对工程安全的影响,在此基础上,提出了确保固态流化开采天然气水合物工程安全的具体工程参数选择办法。研究结果表明:为确保固态流化开采天然气水合物工程安全,排量应该控制在40-50 L/s之间;如果地温梯度高于0.04℃/m,钻井时应该提前冷却钻井液;钻井液密度应该控制在1.20-1.25 g/cm3之间;为最大化水合物开采效率,钻速应该保持在20m/h左右。研究成果可为中国南海固态流化商业化开采天然气水合物提供理论指导和技术支持。     

Geochemical characteristics and formation process of natural gas in Kela 2 gas field

 On the basis of a large amount of natural gascomponents and the carbon isotope as well as some otheranalysis data in Kela 2 gas field, the geochemical character-istics, source, origin, and formation process of natural gashave been discussed. The components of gas in the field tendto be "dry", and the drying coefficient is close to 1.0. Thecarbon isotope tends to be heavier, for instance, the averageof δ¹³C₁ is -27.36‰ and that ofδ¹³C₂ is -18.5‰. Compre-hensive analysis shows that humic natural gas in the Kuqapetroleum system comes mainly from Triassic and Jurassicsource rocks, and the contribution of Jurassic source rocks tothe pool maybe is more than that of Triassic rocks. The maincause that the gas tends to be dry and bears heavier isotopecomposition lies in the fact that Kela 2 natural gas is the ac-cumulation of late production of humic source rocks, and itis affected by the abnormal high pressure as well. Consider-ing the hydrocarbon generating and structural history, wecan regard the gas pool formation processes as twice fillingand twice adjusting (destroying), that is, the filling anddestroying process in the early Himalayan movement and thefilling and adjusting in the late Himalayan movement.     

CO2/H2S共存条件下集输管道选材的新方法及应用

在CO₂/H₂S共存条件下集输管道中,管道发生腐蚀的可能性急剧增大,因此集输管道的选材至关重要。若选择管材级别较低,则会严重影响管道的正常生产;若管材级别较高,会引起经济成本的浪费。为了使集输管道在CO₂/H₂S共存条件下选材更加合理。在CO₂/H₂S共存腐蚀速率预测模型的基础上,提出了一种新的集输管道选材方法,新方法的步骤为：计算材质的均匀腐蚀速率,腐蚀速率应满足NACE 标准中腐蚀速率的控制值(小于0.076mm/a),结合管道的设计寿命、剩余强度和经济性评价,确定在CO₂/H₂S共存体系下集输管道的材质。以某油田集输管道为示例,根据新方法选择的材质与实验得到的管材结果一致,验证了新方法的准确性。集输管道选材新方法在保证集输管道安全运行的前提下,能够有效降低管材质选择的成本,有利于保证集输管道的安全性和经济性。     

羧甲基壳聚糖-Cu2+配合物催化分解H2O2的研究

研究羧甲基壳聚糖-Cu2+配合物对H2O2分解的催化活性及影响因素。以壳聚糖为原料,制备水溶性羧甲基壳聚糖(CMC),再以其为配体制备CMC-Cu2+配合物,并将CMC-Cu2+配合物应用于催化H2O2分解的反应,考察了w(CMC)/w(CuCl2)、体系pH值对H2O2分解的影响。结果表明:温度为25℃,w(CMC)/w(CuCl2)为5∶1时形成的CMC-Cu2+配合物,在pH值为7附近,对质量分数为5%的H2O2的分解率12 h为92.5%,24 h为99.5%,说明CMC-Cu2+配合物对H2O2分解有良好的催化作用。