南海天然气水合物分解相变水平井周土层稳定性评价研究
发布时间：2021-01-25 06:42
天然气水合物作为一种新型能源,成为改善能源结构、探索高效清洁能源的热点。我国南海水合物资源丰富,对其高效安全开发已列入战略研究规划。水合物开采伴随着相变分解,可引起储层的软化,导致地层的变形破坏、开采工程设施的损坏,严重时引发海底滑坡等地质灾害。本文针对南海水合物试采地层稳定性问题,以粉细砂及南海浅表层粉质黏土为骨架,通过室内实验研究多孔介质中水合物的合成与分解特性,综合研究水合物分解前后沉积物的宏微观力学特性;基于实测地貌特征及地层参数,通过数值模拟分析水平井开采井周地层及井的变形破坏特征,为保障井口安全提供参考依据。首先,基于含水合物沉积物核磁共振实验平台,开展核磁共振成像实验及T2谱实验,对多孔介质中THF水合物的合成生长过程以及分解过程进行观测。实验结果表明:质量比为19:81的四氢呋喃溶液合成水合物时,观测到粘结型、包覆型及悬浮型的水合物,其合成过程可分为初始期、诱导期、快速合成期与稳定期四个阶段,分解过程没有明显的阶段性,沿固-液界面由外向内推进。其次,利用含水合物沉积物合成、分解与动静力学性质测试一体化装置和固结仪,开展初始含裂隙水合物沉积物静三轴实验、水合物分解前后沉积...
【文章来源】： 张良华 中国地质大学(北京)
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界各地天然气水合物分布图（魏伟，2018）
3气总量86.14万立方米，日均产气量2.87万立方米”两项新的世界记录，攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术（钟艳平，2020）。目前，天然气水合物降压开采被认为是最有效的方法之一，通过抽水或者气举的方法降低井口压力，使得固体水合物处于相平衡条件之下而分解成天然气和水，然后再将天然气收集（张旭辉，2014、2019），如图1-3。水合物的分解释放出大量甲烷气体，未成功收集的游离甲烷气体会造成海水富甲烷化，破坏海洋生态环境（吴能友，2017）。同时，水合物分解破坏土体的胶结和骨架结构，使得沉积物的强度降低，导致地层软化破坏，进而引起土层失稳与结构安全问题，甚至引发海底滑坡、海啸等对工程与环境构成严重威胁的地质灾害（张炜，2018）。经济高效的开采方法以及相关的灾害控制和环境保护是对天然气水合物进行商业开采必须要解决好的两个关键问题（郑哲敏，2019）。因此，在天然气水合物商业开采之前，需要系统的评价开采过程中沉积层的力学稳定性，即首先明晰水合物的合成分解特性，获取天然气水合物沉积层的力学参数，然后精细评价开采过程中地层与开采井的稳定性问题。图1-3水合物降压法开采示意图（罗大双，2018）1.2国内外研究现状1.2.1多孔介质中水合物合成与分解特性研究现状水合物的合成与分解特性，与水合物储层的稳定性、勘探及开采的安全问题
9形问题的数值模拟研究，探究不同分解相变范围下的变形和破坏特征，对天然气水合物的实际开采工况提供指导。1.3.2技术路线图1-4本研究的技术路线图针对本文的主要研究内容，具体按照图1-4所示的技术路线开展相关的研究工作。总的技术路线为：（1）首先依托水合物核磁共振实验平台，利用核磁共振成像技术对多孔介质中THF水合物的合成生长过程以及相变分解过程进行观测，并测量各时间段T2信号的变化，对多孔介质中THF水合物的合成特性及分解特性进行分析；（2）重塑含裂隙与不含裂隙的四氢呋喃水合物粉细砂及黏土试样，利用中国科学院力学研究所的GCTS实验装置开展静载力学实验及动载力学实验，获得含裂隙水合物沉积物在不同裂隙厚度下的应力应变曲线、强度、变形特征等参数，
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年中国能源产业回顾及2019年展望[J]. 许萍,杨晶. 石油科技论坛. 2019(01)
[2]关于天然气水合物开发工程科学研究的一点认识[J]. 郑哲敏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[3]天然气水合物开采方法的研究综述[J]. 张旭辉,鲁晓兵,李鹏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[4]世界天然气水合物钻探历程与试采进展[J]. 张炜,邵明娟,姜重昕,田黔宁. 海洋地质与第四纪地质. 2018(05)
[5]南海神狐海域天然气水合物降压开采过程中储层的稳定性[J]. 万义钊,吴能友,胡高伟,辛欣,金光荣,刘昌岭,陈强. 天然气工业. 2018(04)
[6]2017年天然气水合物研发热点回眸[J]. 魏伟,张金华,于荣泽,林斌斌,陈龙桥,彭涌,肖红平. 科技导报. 2018(01)
[7]海域天然气水合物开采的地质控制因素和科学挑战[J]. 吴能友,黄丽,胡高伟,李彦龙,陈强,刘昌岭. 海洋地质与第四纪地质. 2017(05)
[8]黏土水合物沉积物力学特性及应力应变关系[J]. 鲁晓兵,张旭辉,石要红,王淑云,罗大双. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2017(10)
[9]天然气水合物加热分解储层变形破坏规律研究[J]. 孙可明,王婷婷,翟诚,罗惠玉. 特种油气藏. 2017(05)
[10]含甲烷水合物松散沉积物的力学特性[J]. 李彦龙,刘昌岭,刘乐乐,陈强,胡高伟. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(03)
博士论文
[1]气体水合物相变过程微观结构演变及对宏观物性影响[D]. 杨磊.大连理工大学 2017
[2]天然气水合物沉积物静动力学特性研究[D]. 朱一铭.大连理工大学 2016
[3]多孔介质中水合物赋存规律与分解特性研究[D]. 薛铠华.大连理工大学 2016
[4]天然气水合物沉积物强度及变形特性研究[D]. 李洋辉.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]甲烷水合物及其沉积物的蠕变特性研究[D]. 王锐.大连理工大学 2012
本文编号：2998772
【文章来源】： 张良华 中国地质大学(北京)
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界各地天然气水合物分布图（魏伟，2018）
3气总量86.14万立方米，日均产气量2.87万立方米”两项新的世界记录，攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术（钟艳平，2020）。目前，天然气水合物降压开采被认为是最有效的方法之一，通过抽水或者气举的方法降低井口压力，使得固体水合物处于相平衡条件之下而分解成天然气和水，然后再将天然气收集（张旭辉，2014、2019），如图1-3。水合物的分解释放出大量甲烷气体，未成功收集的游离甲烷气体会造成海水富甲烷化，破坏海洋生态环境（吴能友，2017）。同时，水合物分解破坏土体的胶结和骨架结构，使得沉积物的强度降低，导致地层软化破坏，进而引起土层失稳与结构安全问题，甚至引发海底滑坡、海啸等对工程与环境构成严重威胁的地质灾害（张炜，2018）。经济高效的开采方法以及相关的灾害控制和环境保护是对天然气水合物进行商业开采必须要解决好的两个关键问题（郑哲敏，2019）。因此，在天然气水合物商业开采之前，需要系统的评价开采过程中沉积层的力学稳定性，即首先明晰水合物的合成分解特性，获取天然气水合物沉积层的力学参数，然后精细评价开采过程中地层与开采井的稳定性问题。图1-3水合物降压法开采示意图（罗大双，2018）1.2国内外研究现状1.2.1多孔介质中水合物合成与分解特性研究现状水合物的合成与分解特性，与水合物储层的稳定性、勘探及开采的安全问题
9形问题的数值模拟研究，探究不同分解相变范围下的变形和破坏特征，对天然气水合物的实际开采工况提供指导。1.3.2技术路线图1-4本研究的技术路线图针对本文的主要研究内容，具体按照图1-4所示的技术路线开展相关的研究工作。总的技术路线为：（1）首先依托水合物核磁共振实验平台，利用核磁共振成像技术对多孔介质中THF水合物的合成生长过程以及相变分解过程进行观测，并测量各时间段T2信号的变化，对多孔介质中THF水合物的合成特性及分解特性进行分析；（2）重塑含裂隙与不含裂隙的四氢呋喃水合物粉细砂及黏土试样，利用中国科学院力学研究所的GCTS实验装置开展静载力学实验及动载力学实验，获得含裂隙水合物沉积物在不同裂隙厚度下的应力应变曲线、强度、变形特征等参数，
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年中国能源产业回顾及2019年展望[J]. 许萍,杨晶. 石油科技论坛. 2019(01)
[2]关于天然气水合物开发工程科学研究的一点认识[J]. 郑哲敏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[3]天然气水合物开采方法的研究综述[J]. 张旭辉,鲁晓兵,李鹏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(03)
[4]世界天然气水合物钻探历程与试采进展[J]. 张炜,邵明娟,姜重昕,田黔宁. 海洋地质与第四纪地质. 2018(05)
[5]南海神狐海域天然气水合物降压开采过程中储层的稳定性[J]. 万义钊,吴能友,胡高伟,辛欣,金光荣,刘昌岭,陈强. 天然气工业. 2018(04)
[6]2017年天然气水合物研发热点回眸[J]. 魏伟,张金华,于荣泽,林斌斌,陈龙桥,彭涌,肖红平. 科技导报. 2018(01)
[7]海域天然气水合物开采的地质控制因素和科学挑战[J]. 吴能友,黄丽,胡高伟,李彦龙,陈强,刘昌岭. 海洋地质与第四纪地质. 2017(05)
[8]黏土水合物沉积物力学特性及应力应变关系[J]. 鲁晓兵,张旭辉,石要红,王淑云,罗大双. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2017(10)
[9]天然气水合物加热分解储层变形破坏规律研究[J]. 孙可明,王婷婷,翟诚,罗惠玉. 特种油气藏. 2017(05)
[10]含甲烷水合物松散沉积物的力学特性[J]. 李彦龙,刘昌岭,刘乐乐,陈强,胡高伟. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(03)
博士论文
[1]气体水合物相变过程微观结构演变及对宏观物性影响[D]. 杨磊.大连理工大学 2017
[2]天然气水合物沉积物静动力学特性研究[D]. 朱一铭.大连理工大学 2016
[3]多孔介质中水合物赋存规律与分解特性研究[D]. 薛铠华.大连理工大学 2016
[4]天然气水合物沉积物强度及变形特性研究[D]. 李洋辉.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]甲烷水合物及其沉积物的蠕变特性研究[D]. 王锐.大连理工大学 2012
本文编号：2998772
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