天然气水合物赋存地层钻井液试验研究

【摘要】：天然气水合物是由水分子和天然气分子在一定温度和压力下形成的具有笼状结构的似冰雪状结晶化合物。由于形成天然气水合物的气体主要为甲烷，通常也被称为甲烷水合物，其在自然界中主要分布于世界洋底和陆地或大陆架上的永久冻土带。 随着我国国民经济的迅猛发展，能源消耗的迅速提高和我国以煤炭为主的能源消费结构，都将导致严重的环境问题。这就迫使我们必须大力开发和应用新型可替代能源，保持能源的可持续发展。天然气水合物被认为是21世纪潜在的新能源。自然界中，大量储存在天然气水合物中的甲烷等烃类提供的能源数量为其它所有化石燃料的2倍。根据前期勘探资料分析，我国南海天然气水合物资源量可达700亿吨。因此，天然气水合物对缓解我国能源短缺危机，保障国家能源战略安全和国民经济健康稳定发展都无疑具有重要的战略意义。 当水合物形成时，造成深海油气生产装置和众多的油气管道中的堵塞，给油气钻进和生产操作带来严重危害。此外，由于稳定条件的破坏而引起天然气水合物的分解可能导致地质灾害。同时，甲烷是一种温室效应极强的温室气体，天然气水合物分解所释放的甲烷可能对全球气候的变化产生很大的影响。目前，天然气水合物已越来越为世界各国所关注。在第五届(2005)天然气水合物国际会议上就提出了以下的研究主题：动力学和输送现象；结构和物理性质：勘探、资源和环境；工业应用(现在和将来的技术)：热力学方面。 21世纪以来，天然气水合物的勘探开发已成为全球性竞争的焦点，从某种程度上反映了一个国家的综合国力和可持续发展潜力。天然气水合物的性质特点和赋存地层的特殊性决定了在此类地层钻井时将会面临比在一般油气地层中钻井更加复杂的井壁失稳、井涌甚至井喷等井眼稳定问题，这将导致钻井成本大幅度增加，进而影响天然气水合物勘探开发。因此，天然气水合物勘探开发的难点主要在于能否建立完善的钻探(井)理论和技术。 冻土和深水油气及水合物赋存地层钻进过程中遇到的问题可以归结为水合物的形成和分解。水合物的形成主要是指在钻井液中和防喷器内由于降温和增压所形成的水合物，而水合物的分解主要是指赋存地层的水合物由于受热、降压以及相平衡稳定条件的改变所引起的分解。 在钻进系统中，钻井液中水合物一旦形成则会堵塞钻井液循环通道(类似于油气输送管道中形成的水合物堵塞)或钻进系统的其他管路的堵塞，会导致一系列井内事故，如卡 【关键词】：天然气水合物 抑制剂 钻井液 天然气水合物赋存地层 低温
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 研究生学位论文原创性声明4-5
• 作者简介5-6
• 摘要6-9
• ABSTRACT9-13
• 目录13-16
• 第一章 绪论16-31
• 1.1 天然气水合物基本知识16-20
• 1.1.1 天然气水合物的结构特点16-17
• 1.1.2 天然气水合物的性质17-19
• 1.1.3 自然界中的天然气水合物19-20
• 1.2 天然气水合物的研究内容与意义20-23
• 1.2.1 水合物研究的五个主要方面20-22
• 1.2.2 研究天然气水合物对我国的重要意义22-23
• 1.3 天然气水合物研究历程与现状分析23-28
• 1.3.1 天然气水合物研究历程23-25
• 1.3.2 天然气水合物研究现状分析25-28
• 1.4 天然气水合物钻井研究情况28-29
• 1.5 论文研究的目的和意义29
• 1.6 论文研究的内容和技术路线29-30
• 本章小结30-31
• 第二章 天然气水合物赋存地层及其钻井特性分析31-41
• 2.1 天然气水合物赋存地层特性31-36
• 2.1.1 天然气水合物赋存地层的分布特点31-32
• 2.1.2 天然气水合物赋存地层的基本地质条件32
• 2.1.3 天然气水合物在沉积地层中的分布模式32-33
• 2.1.4 天然气水合物赋存地层的孔隙度和水合物饱和度33
• 2.1.5 天然气水合物赋存地层的渗透性33-34
• 2.1.6 天然气水合物赋存地层的有效导热系数34-35
• 2.1.7 天然气水合物赋存地层的力学特性35-36
• 2.2 天然气水合物赋存地层钻井特性分析36-40
• 2.2.1 天然气水合物赋存地层的钻井特点36-37
• 2.2.2 天然气水合物赋存地层钻井面临的主要问题37-40
• 本章小结40-41
• 第三章 天然气水合物钻井液性能分析41-55
• 3.1 钻进过程中水合物形成与分解的控制机理41-43
• 3.1.1 分解抑制41-42
• 3.1.2 生成抑制42
• 3.1.3 诱发分解42-43
• 3.2 天然气水合物钻井液目前研究分析43-48
• 3.2.1 常规油气钻井液研究现状43
• 3.2.2 国外水合物抑制性钻井液的相关研究43-47
• 3.2.3 国内水合物抑制性钻井液的相关研究47-48
• 3.3 天然气水合物钻井液的抑制性及其抑制机理48-52
• 3.3.1 热力学抑制剂48-49
• 3.3.2 低剂量水合物抑制剂(LDHI)49-52
• 3.4 天然气水合物钻井液综合性能分析52-54
• 3.4.1 水合物钻井液其它性能讨论52-53
• 3.4.2 水合物钻井液综合性能分析53-54
• 本章小结54-55
• 第四章 天然气水合物钻井液试验研究55-77
• 4.1 前期相关研究55-56
• 4.2 钻井液试验相关理论分析56-62
• 4.2.1 水的相关理论56-58
• 4.2.2 钻井液组分相关理论58
• 4.2.3 流变本构方程相关理论58-59
• 4.2.4 钻井液侵入地层的模型59-61
• 4.2.5 冻土层相关理论61-62
• 4.3 试验研究62-70
• 4.3.1 文献研究62
• 4.3.2 试验研究思路62-63
• 4.3.3 钻井液性能试验研究63-64
• 4.3.4 试验系统64-66
• 4.3.5 试验过程66-67
• 4.3.6 试验材料的选择67-70
• 4.4 试验研究的钻井液体系及其结果70-75
• 4.4.1 钻井液体系70
• 4.4.2 试验结果70-75
• 本章小结75-77
• 第五章 试验结果及数据分析77-122
• 5.1 流变性基础理论77-81
• 5.1.1 “剪切变稀”机理的两种理论78-79
• 5.1.2 多种参数对流变性质的影响分析79-81
• 5.2 钻井液基液81-84
• 5.3 聚乙二醇钻井液体系84-102
• 5.3.1 聚乙二醇作用机理84-85
• 5.3.2 不同含量的20000分子量聚乙二醇试验分析85-87
• 5.3.3 不同含量的10000分子量聚乙二醇试验分析87-90
• 5.3.4 表面活性剂和不同分子量聚乙二醇试验分析90-92
• 5.3.5 NaCl含量和聚乙二醇分子量的试验分析92-94
• 5.3.6 KCl、聚乙二醇分子量、粘土和XC含量的试验分析94-102
• 5.4 乙二醇钻井液体系102-104
• 5.5 PVP和丙三醇钻井液体系104-106
• 5.6 混合醇钻井液体系106-109
• 5.7 混合钻井液体系109-116
• 5.8 分析总结116-120
• 本章小结120-122
• 第六章 结论与建议122-125
• 6.1 主要结论与认识122-123
• 6.2 论文的不足及今后展望123-124
• 6.3 本文的主要创新点124-125
• 致谢125-126
• 参考文献126-130

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