含热力学抑制剂钻井液侵入天然气水合物地层扰动模拟

深水油气勘探开发过程中,为防止井筒内生成天然气水合物,在钻井液中添加水合物热力学抑制剂是有效措施之一。然而含水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物地层的扰动影响鲜有报道。为探究水合物热力学抑制剂对水合物层的扰动规律,利用超声波测试手段,研究了NaCl、乙二醇两类水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物岩样的过程,并讨论了适用于水合物地层钻井液的设计要点。结果表明:含水合物热力学抑制剂的钻井液相比未含抑制剂的钻井液会显著促进水合物分解,且随着抑制剂浓度的增加,水合物分解速度会大幅度增加;NaCl盐类抑制剂促进水合物分解的作用明显强于乙二醇醇类抑制剂;钻井液侵入水合物地层引发的水合物分解呈现非匀速现象。深水钻探水合物地层时,防止地层中水合物的分解与抑制井筒中水合物的生成是相互矛盾的,研发适合水合物地层的钻井液配方来平衡这个矛盾是有效途径。     

海底天然气水合物复杂地层钻进取芯仿真岩芯扰动分析

针对海底天然气水合物赋存的复杂地层,利用有限元分析软件ABAQUS/CAE,对搭载于深海海底钻机上的金刚石钻头钻进取芯海底天然气水合物过程进行了模拟仿真,并利用Python对仿真结果进一步处理.通过对钻进过程中岩芯所受应力状态的分析,得到岩芯扰动状态随钻进参数的变化规律,获得天然气水合物储层及其上覆土层沉积物低扰动岩芯范围,以及岩芯扰动率随钻进参数的变化趋势,对获取低扰动岩芯钻进参数及其优化具有一定的参考意义.结果表明:随着钻压和转速的增加,沉积物及水合物岩芯的扰动范围都相应的增大.岩芯的扰动率呈现出先迅速增大,之后再逐渐保持稳定的趋势.扰动率稳定值的大小受钻压的影响较大,与钻头的转速无关.当在沉积层钻进时,选择较大的钻压及转速以保证高的进尺效率,而当在水合物层钻进时,适当降低钻压可以获得质量较好的岩芯,而增大转速会使进尺速度得到有效的提升     

一种新型天然气水合物层钻井录井用脱气器

在天然气水合物层钻井过程中,水合物在井筒返出的过程中将分解成气体,通过地面气测录井技术可有效识别层位、检测水合物层丰度,故在天然气水合物层钻井过程中气测录井就显得尤为重要。气测录井数据精确与否,主要取决于仪器的精度和效率。针对天然气水合物层钻井的新型开采方式设计了一种专门用于天然气水合物层钻井过程中的脱气器,与陆地油田所用的脱气器相比它具有脱气效率高、测量准确、使用方便快捷、安全可靠等优点。详细介绍了这种脱气器的原理及优势,给出了这种脱气器的结构示意图和三视图,并通过对圆筒和支架的理论强度校核及静力学仿真对该脱气器进行强度分析。最终,通过理论研究和仿真技术结合得到了现场所需要的脱气器的应用要求。     

温度场扰动对天然气水合物相态的影响机制

钻井液是保障钻井安全与井壁稳定的关键,但在天然气水合物钻探过程中存在钻井液侵入水合物储层,发生传质传热导致水合物储层升温失稳,因此深入了解此过程中温度场扰动对天然气水合物相态的影响规律,对天然气水合物资源钻井安全意义重大。基于分子模拟探究温度场对水合物相态的影响规律,阐明含热力学抑制剂体系在变温过程中的水合物生成与分解机制。结果表明：在压力一定的条件下,水合物不但具有强温度敏感性,而且水合物的稳定性还具有时间相关性;在低温区持续时间越长,水合物二次生成风险越大,在高温区持续时间越长,水合物分解量越大;尽管热力学抑制剂可以显著减小水合物二次生成量,但也会显著加快储层水合物的分解;合理控制钻井液体系的热力学抑制剂量及钻井液注入温度,对维持储层水合物相态稳定及防止水合物二次生成至关重要,为天然气水合物高性能钻井液体系构建提供了理论支撑。     

多孔介质中天然气水合物降压分解有限元模拟

基于多孔介质中水合物分解动力学、传热及气、水两相流理论,同时考虑水合物分解引起的渗透率及有效孔隙度变化,建立水合物、气、水三相的天然气水合物降压分解模型,并进行有限元程序开发及验证.利用此模型模拟水合物分解过程中压力、温度、水合物饱和度、有效孔隙度及气、水相渗流速度等物理量的空间分布及随时间的变化特征,分解前缘位置及累积产气量随时间的变化规律.结果表明:水合物分解使有效孔隙度和渗透率大幅度提高;水合物分解为吸热过程,分解前缘处温度降低明显;环境温度提高则水合物分解速率和产气速率提高,但压力增加,产气速率下降;温度和出口端压力是影响水合物降压分解的两个重要因素.     

天然气水合物输送管道的压力损失规律

为了研究海底天然气水合物绞吸式开采水力输送系统中管径、流速、体积分数和颗粒粒径对输送系统压力损失的影响规律,确定各参数的合理选择范围;建立输送管道三维流场模型,采用控制变量的方法,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对输送管道内固液两相流场进行仿真分析。研究结果表明：输送系统压力损失梯度随管径的增大而减小;当管径增大到0.4 m时,继续增大管径对压力损失梯度影响越来越小;压力损失梯度随浆体流速的增大先减小后增大,存在1个最优流速,在2.5~4.0 m/s之间,且颗粒粒径和体积分数越大,对应的最优流速就越大,压力损失梯度随体积分数的增大呈线性增大;压力损失梯度随着颗粒粒径增大而增大,但增大幅度很小。     

天然气海底管道水合物冻堵原因分析及解堵和预防方法

在对天然气输送过程中天然气水合物的形成机理和处理方法进行了阐述的基础上,总结了天然气海底外输管道水合物严重堵塞过程及应急处置解堵的实际案例,同时归纳了抑制水合物生成的预防方法,以期为其他海上油田提供借鉴.     

天然气水合物(NGH)储运天然气技术与常规储运技术的对比分析

介绍了一种常压储运天然气的新型技术;天然气水合物(NGH)技术。并从技术性、经济性、安全性三方面对比分析了天然气的储存、运输过程所采用的压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)和NGH三种方案的优缺点,分析了NGH技术的可行性及其在各方面的优势,对天然气输运领域的前景进行了展望。     

天然气水合物地层降压开采出砂数值模拟

全世界范围内已开展天然气水合物资源短期试采中大部分都遇到了不同程度的出砂现象,使得天然气水合物资源的商业化一直没有实现。利用水合物地层出砂判断方程模拟研究了天然气水合物地层在开采过程中的出砂程度。模拟结果表明:随着开采时间的增加,天然气水合物地层的最大等效塑性应变随之变大,地层破坏性出砂的风险程度增加;同时,天然气水合物地层出砂现象可分为轻微出砂、暂稳定出砂、快速出砂、后稳定出砂4个阶段。     

青海乌丽地区天然气水合物形成条件研究

天然气水合物属于非常规能源,青藏高原陆域冻土区具有较大的资源前景。通过科研钻施工、岩芯样品观察与测试分析等手段,结合区域地质调查和对周边多口钻孔资料综合分析,认为乌丽地区上二叠统那益雄组地层温度较低且压力较高,气源充足,水源丰富;大量发育的裂隙和溶蚀孔洞是良好的运移通道及储集空间,上部发育多套的致密安山岩及顶部冻土带的封盖性能也较好。综合天然气水合物形成的基本地质要素和地质作用分析,认为乌丽地区浅部具备天然气水合物的形成条件。     

天然气水合物固定井压开采过程数值模拟

采用数值模拟方法研究天然气水合物在压降条件下的开采过程.在井压固定的前提下,建立了轴对称结构下的物理与数学模型.通过计算获得了储藏层中的天然气水合物在不同环境条件下的温度、压力、分解锋面与井间距离,以及以时间为函数的产气率.计算结果表明:天然气水合物的分解程度对井压、储藏层温度的变化十分敏感;大范围的分解并不会带来产气率的大幅度提高;较高的储藏层温度、较低的井压将增大产量;产气率随时间缓慢降低.     

天然气水合物资源潜力及其开发前景分析

天然气水合物是地球上尚未开发的储量最大的潜在能源,因其储量巨大、埋藏浅、能量密度高、分布广、规模大而被认为是“21世纪最理想的替代能源”。本文在介绍天然气水合物基本情况和世界各国对天然气水合物的地质勘查情况的基础上,对中国天然气水合物的资源潜力进行了论述,提出了天然气水合物的开发前景及对人类社会的影响。     

海水提升法试采南海天然气水合物的可行性分析

海洋天然气水合物的开采方法是当今天然气水合物研究的一大热点.通过对南海海域天然气水合物成藏机理的分析,提出了使用海水提升法开采海底天然气水合物的新模式.介绍了海水提升系统的组成和工作原理,提出了水力输送设备的相关参数,并对使用该方法的产气量及能效进行了简单评估.结果显示这种方法具有产量大、能效高的特点,运用该方法在南海采集天然气水合物是可行的.海水提升法开采天然气水合物克服了其他传统天然气水合物开采方法面临的技术难题,为海洋天然气水合物的开采研究提供了一种新思路及技术支撑.     

青海哈拉湖地区天然气水合物成藏潜力分析

青海南祁连盆地哈拉湖地区为我国青藏高原冻土带天然气水合物研究地区之一.研究区冻土层较发育,但发育程度不均,平均厚度超过了40 m,局部厚度可达120 m,年平均气温在-4℃,与我国已发现天然气水合物的祁连山木里地区有着类似的地温条件.哈拉湖坳陷除第四系和第三系外,白垩系整体不发育,侏罗系局部产出.该坳陷三叠系尕勒得寺组泥岩具有较强的生烃潜力,烃源岩主体处于成熟—高成熟阶段,部分地区处于过成熟热演化阶段,是形成天然气水合物的重要气体来源.哈拉湖坳陷断裂和褶皱非常发育,为烃类物质的运移和圈闭提供了良好的构造条件.通过与木里地区天然气水合物形成条件进行比较,认为该区域具有形成天然气水合物的条件和成藏潜力.     

海洋天然气水合物强度准则适用性分析

为分析常三轴压缩条件下不同饱和度天然气水合物在不同围压下强度破坏准则的适用性,基于Mohr-Coulomb、Mogi-Coulomb、Hoek-Brown、广义Hoek-Brown和Drucker-Prager准则,结合天然气水合物的应力-应变曲线,进行天然气水合物强度拟合。结果表明,Mogi-Coulomb准则和Drucker-Prager强度准则计算值与实验值平均误差率小于2%,拟合曲线相关系数大于0.99,表明这两种强度准则与实验结果具有较高的一致性,而Hoek-Brown准则拟合曲线相关系数小于0.95,在天然气水合物低围压下并不适用。研究结果可为天然气水合物井壁稳定研究,保障水合物开采安全进行,提供理论参考。     

钻井保压密闭取心技术应用分析

针对油田钻遇油层物性差异较大、对取心工具和工艺技术要求较高的问题,分析了保压密闭取心技术配套工具结构、工作原理及取心工艺.该技术应用广泛,具有较好的经济效益.     

“半浮动”取心保压球阀的设计研究

现行机械式保压球阀受限于井下狭小空间,保压能力弱、保压成功率低、灵活性差.针对以上问题,提出一种“半浮动”取心保压球阀设计构想.基于保压取心技术要求,采用数值仿真及理论计算,设计研发了一种“半浮动”球阀保压控制技术,创新设计的“半浮动”承压结构改变了球阀承压位置,有效增强了球阀承压能力.提出了一种气动式的新型控制方式,球阀启闭可控,可以有效解决大斜度井、水平井作业中球阀关闭难题.分别对“半浮动”及固定球阀阀体、阀座进行了有限元对比分析,“半浮动”球阀承压能力达到70 MPa,保压能力显著提升.通过理论计算确定了球阀的转矩及最小气体压力.研究结果可为保压取心技术的发展提供一定技术支撑.     

南海天然气水合物地层固井二界面胶结特性模拟

针对南海天然气水合物泥质粉砂地层松软且固结弱,固井胶结规律及界面损伤过程仍不清楚的问题,首先,制备南海天然气水合物模拟地层;其次,探讨水泥浆、地层类型和养护时间等对固井二界面胶结强度的影响规律;最后,利用内聚力模型模拟固井二界面黏性接触,并考虑水泥水化过程,建立固井二界面损伤分析模型,探究水合物固井二界面损伤规律。研究结果表明：水合物固井受泥质粉砂地层和低温影响,固井二界面胶结强度低且发展慢,水泥石与泥质粉砂地层难以形成有效胶结,固井封隔失效风险大,特别在低温、低密度水泥浆下更明显;固井候凝时间对固井封隔性能及井筒安全性的影响较大,水泥石需养护3 d以上,其强度、二界面胶结强度才会显著增加,固井封隔能力逐渐变好。为此,水合物固井在保证水泥浆低水化热前提下,水泥石还需要低温强度发展快而且强度高,保证固井界面封隔能力与水合物安全高效开采。     

考虑甲烷溶解的天然气水合物分解超孔隙水压力

天然气水合物的分解会生成大量气体和水,在土层渗透性较差的情况下,大量气体无法及时溢出,压力不易传导到外部,使土层的超孔隙水压力迅速增大,有效应力降低,同时水合物分解后其自身与沉积物的胶结作用大幅减小,导致沉积物强度降低,发生大规模变形或失稳,进而引发海底失稳等灾害。基于热力学基本理论,建立了考虑水合物分解产生的甲烷气体部分溶解的超孔隙水压力模型,并对其影响因素进行讨论,最后针对南海工况研究水合物分解对海床稳定性的影响。结果表明,水合物分解产生的超孔隙水压力随着水合物分解先迅速增大后缓慢增长最后趋于稳定;初始饱和度、塑性指数、水深、沉积物埋深、内摩擦角等是影响水合物分解产生的超孔隙水压力的关键影响因素;影响海床稳定性的关键不利因素是超孔隙水压力聚积而非土体强度弱化;生成的甲烷气体二次溶解使超孔隙水压力减小,一定程度上缓解了斜坡的滑动。     

海域天然气水合物开采的4C-OBC时移地震动态监测模拟

为了掌控海域天然气水合物开采过程中的地质和环境风险,采用能够同时采集纵波信号和横波信号,并且满足实时性和长期性要求的四分量海底震缆(4C-OBC)技术,对天然气水合物储层进行时移地震动态监测.针对未来天然气水合物商业化开发时的水平井环境,通过射线追踪方法进行正演模拟,对地层模型进行地震照明分析,得到合理的4C-OBC布...