海洋天然气水合物钻井过程中井筒相态变化规律研究

发布时间：2020-07-01 10:40

【摘要】：到目前为止,清洁能源所占的比重越来越大,天然气水合物也在逐渐地受到重视。海洋天然气水合物的资源量非常丰富,但是由于其本身物理化学和结构性质的特殊性,使得天然气水合物钻井过程中会在井筒发生相态变化:钻井时水合物层分解产气后进入井筒上升,在温度压力满足条件的情况下会再次生成水合物,脱离生成区域后,又会重新分解。这就使得传统钻井在温度和压力控制上受到更加严格的挑战,因此需要对井筒中水合物的相态变化规律进行研究。本文在分析水合物物理化学性质以及结构特点的基础上,将海洋水合物藏与常规海底油气藏钻井做了对比,对水合物钻井中会遇到的问题和目前已有的水合物钻井技术进行了初步探索;对比并选取合适的模型对水合物相态平衡曲线进行计算机模拟,分析了不同天然气组分类型、不同水合物抑制剂类型、浓度等因素对相态平衡曲线的影响;结合水合物生成动力学和分解动力学规律,建立了井筒中水合物生成与分解速率方程,借助文献对模型进行验证,并对井筒水合物相态变化进行了简单模拟判断;考虑天然气水合物的相态变化,建立海洋水合物钻井过程中井筒多相流动方程,通过数值计算对井筒内的温度压力场进行模拟,结合算例,对水合物在井筒内的相态变化情况进行预测,分析了钻井参数变化对井筒内水合物生成的影响规律。由计算结果得出,井筒的温度和压力变化是影响水合物相态变化的最主要因素,在实际的钻井中,可以通过调整钻井参数,对井筒温度压力进行有效控制来对预防钻井事故。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P744.4;P756.5
【图文】：

天然气水合物资源,水合物

1.1 研究目的与意义到今天为止，传统化石能源的主导地位在短时间内虽然不会发生大的改变，但是全球范围内应对气候变化和大气污染的防治力度正在不断增加，所以未来的能源结构也正在慢慢改变。据预计[1]，在未来 20 年内，清洁能源所占能源消费的比重将提高至少十个百分点。天然气水合物燃烧后仅会产生少量的二氧化碳和水，污染相对于传统能源小得多，能够有效地减少全球温室效应。作为清洁能源的代表，水合物正在越来越受人瞩目。天然气水合物的储量十分可观[2-3]，勘探结果显示，在全球范围内大约有 2.8×1015－8×1018m3的水合物，这个数字相当于传统能源的两倍左右。根据形成海洋水合物的自然约束条件判断，我国适合水合物赋存的海域面积相当可观。为了在未来的能源市场中占据主导优势，我国对水合物的勘探开发十分重视， 201年 5 月神狐海域水合物首次试采成功之后，经过国务院批准，天然气水合物在同年 11 月正式成为我国第 173 个矿种。

南海海槽,试采,天然气水合物,甲烷

图 1.2 南海海槽降压试采甲烷天然气水合物Fig. 1.2 Methane gas flare resulting from methane hydrate de-pressurization test（3）加拿大1972 年，加拿大在麦肯齐三角洲钻探两口井时，由于水合物的出现使得泥浆现大量气体，从而造成了钻井事故。1998 年，加拿大作为发起者组织了国际大陆钻探项目（Mallik 钻井），项目本团队领导，共有 5 个国家，50 家单位、研究机构、工程公司的 300 多名科技术、工程人员参与。2001 年至 2008 年期间，进行了多次钻探及生产测试，但是都由于出砂量很大得不中断测试。但是这次尝试首次证实天然气水合物的工业生产在技术上是的，从长远来看，水合物具有很大的经济价值，这一系列的研究也证明在水钻井时通过降低压力的方法比起单纯增加钻井温度能够更快地产生气体，而果能够同时升高温度降低压力的话，产气目的可以更加高效的达成。（4）印度

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