天然气水合物取心用冰封保压机构承压能力研究

发布时间：2017-12-12 00:17

  本文关键词：天然气水合物取心用冰封保压机构承压能力研究

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【摘要】：保压取心技术是天然气水合物调查研究必备的关键技术。然而,2002年以来,全球重要水合物勘探航次,保压取心平均成功率不足60%;较低的取心率严重妨碍了对天然气水合物地层的精准研究,保压取心技术亟待改进。现有保压取心器依靠球阀或翻板阀封闭取心管下端实现密封保压,在井内富含固体颗粒物的恶劣环境里,球阀或板阀难以可靠密封,甚至不能关闭导致取心失败。于是提出了用于天然气水合物冰封保压取心的构想:在井内原位将取心器通道内少量钻井液或部分岩心冻结形成冰阀,封闭岩心管下端进行密封保压。由于不需要球阀等运动部件,没有精密配合表面,无需常规密封件,因而冰封保压机构对井内富含固体颗粒物的复杂环境适应能力强,有利于从根本上大幅度提高天然气水合物保压取心成功率。本文主要试验内容及取得结果如下:1.设计加工三种不同内壁结构的冰阀管,研究不同内壁结构对冰阀承压能力的影响。结果表明,冰阀管内壁采用多道环槽型结构能有效提高冰阀的承压能力。2.研究钻井液冰阀长度、固相种类、粒径及浓度、冰阀管表面锈层等因素对冰封保压机构的影响。结果表明,直径58mm,长度85mm的钻井液冰阀的承压能力可达25MPa,其承压能力会随冰阀长度的增加而增大;钻井液中固相颗粒的存在会加强钻井液冰阀的承压能力;冰阀管内壁铁锈并不会影响冰阀的承压能力;低温将缩短冰阀的形成时间并加强冰阀的承压能力,若应用于祁连山脉天然气水合物永冻土地层,安全系数大于4,可以满足保压取心的密封要求。3.研究海冰阀密封失效的原因;膨润土质量浓度对海冰阀保压性能的影响;含有膨润土的海冰阀的长度、冷冻温度等因素对冰封保压机构的影响。结果表明,由纯海水形成的海冰阀密封能力较差,添加钠基膨润土可以显著提升海冰阀的密封性能;膨润土质量浓度为7%,长度为80mm的海冰阀的承压能力可达47MPa,承压能力随冰阀长度增加而增大,降低冷冻温度将缩短海冰阀的形成时间并加强冰阀的承压能力,若应用于南海神狐地区天然气水合保压取心时,安全系数将大于2。4.设计并建立蒸发直冷式冰封保压机构试验平台,验证蒸发直冷式冰封保压机构的可行性;在模拟井中模拟天然气水合物取心时井下环境,考虑到冰阀形成过程中取心管与孔壁间隙中流体的冰冻情况,设计了双层管绝热层并检测其绝热效果。结果表明,采用蒸发直冷式冰封保压机构可以缩短冰阀形成时间;采用双层管绝热层,大大减少冷量传递,可以有效防止取心器与井壁冻结。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P634;P618.13

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