基于孔裂隙理论的岩石物理实验研究与理论应用

地下地质构造中含有一系列不同尺度的孔隙和裂缝,相比于裂隙,孔隙不易发生形变而裂隙在压力作用下易于变形闭合,这一特性显著影响着岩石中弹性波的传播。在此背景下,提出的新理论模型,就裂隙对弹性介质的影响进行了分析,引入了“挤喷流”(squirt flow)效应的贡献.

SDS和THF对甲烷水合物合成影响的实验研究

甲烷水合物的人工合成是实验室内进行水合物模拟地层钻探研究的关键步骤。利用水合物合成及模拟微钻实验系统,分别进行了加入少量十二烷基硫酸钠(SDS)和四氢呋喃(THF)的甲烷水合物人工合成试验。通过对比实验,分析研究了SDS和THF对甲烷水合物生成速度及生成量的影响。实验表明,在纯水体系中加入微量的SDS和THF,不仅能够促进甲烷水合物快速成核,还可以增加甲烷水合物的合成量,从而节省了大量的实验时间,这也便于对含水合物沉积地层钻探钻井液设计和水合物模拟地层微钻实验的深入研究。

海洋天然气水合物钻井的硅酸盐钻井液研究

在海洋含天然气水合物地层中钻进时,遇到的问题有水合物在井底的分解和管线内的再生成,以及井壁稳定和井涌的问题。配制合适的钻井液是解决上述问题的关键。通过大量实验,得到一种加入无机盐和动力学抑制剂的稀硅酸盐钻井液,并通过实验对其性能进行评价。结果表明:配制的硅酸盐钻井液不仅能满足常规钻井液携带岩屑和清洁井眼的要求,还能有效抑制井壁岩层的水化,抑制水合物地层的分解,以及控制水合物在管线内的再生成;因此可以满足深水含水合物地层钻进的要求,确保水合物地层钻探安全高效地进行。

钻井液侵入含天然气水合物地层的机理与特征分析

海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水合物分解是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。分析了天然气水合物在多孔介质中的分解特性,指出了多孔介质中天然气水合物分解的影响因素,通过钻井液侵入含天然气水合物地层与侵入常规油气地层的比较,提出了借鉴天然气水合物开采渗流模型建立钻井液侵入数值模型的思路。

管道内气体水合物的形成及其处理方法研究

天然气水合物在管道内的生成是天然气工业界在生产、处理和运输过程中必须解决的问题。首先介绍了天然气水合物问题的出现,讨论了生成天然气水合物的各种条件,以及在天然气工业界一般的处理措施,最后重点阐述了Colorado矿业学校水合物研究中心建立的水合物分解模型及相关的模拟试验,得出了在处理水合物的过程中操作参数的选择方法等结论。

天然气水合物地层钻井时水基钻井液性能实验研究

文章在分析天然气水合物地层钻井特性的基础上,提出了在进行天然气水合物地层钻井液体系设计时除考虑其对天然气水合物抑制性外,还要重点关注钻井液的相对密度、护壁性和流变性等对井壁稳定和井内安全起关键作用的性能指标。据此,通过实验分析了不同类型处理剂对以盐/聚乙二醇为抑制剂的水基钻井液的上述几个性能改善情况,并在此基础上探讨了盐、聚乙二醇和固相含量对钻井液相对密度、护壁性和流变性的影响。目的是为今后天然气水合物地层钻井液体系设计提供理论依据。

影响含天然气水合物地层井壁稳定的关键因素分析

由于钻井环境恶劣,加之天然气水合物的存在和分解,井壁失稳是含天然气水合物地层钻进时面临的主要难题之一。而影响井壁稳定的关键因素主要有含水合物地层的岩石物理和力学性质、水合物在沉积地层中的分解规律特性、钻井液的性能及其与水合物地层间的相互作用。天然气水合物分解是其中的核心因素,据此提出了防止井壁失稳的一些措施,同时认为利用试验和数值模拟对这些因素进行研究,并构建合适的井壁稳定分析数值模型和研制优质的低温防塌钻井液体系,将是解决含天然气水合物地层钻井井壁失稳的有效途径。

低温地层钻进特点及其钻井液技术现状综述

在低温地层(主要包括冰层、极地、永冻层以及赋存天然气水合物的永冻层)的钻进对于科学研究和矿产与油气资源的勘探开发都非常重要。介绍了低温地层钻进的国内外研究背景,分析了其钻进特点,对相关的低温钻井液的研究现状和应用情况进行了讨论,对低温地层钻进及其钻井液的研究提出了几点建议。

深水油基钻井液中抑制水合物形成的实验研究

在温度为4℃、压力为20MPa条件下,利用水合物综合模拟实验系统,对用于南海深水钻井的油基钻井液体系进行了抑制水合物生成的评价实验。结果表明,由于天然气在油相中的溶解度远高于在水中的溶解度,油基钻井液又是分散的乳化液,使得油基钻井液中水合物形成的诱导时间比水基钻井液中少。因此含水的油基钻井液体系在深水环境下(高压和低温)很容易生成天然气水合物,含水量越高,生成的量越大。所以在钻井作业过程中,要适当降低泥浆中水的含量,增加泥浆密度,防止地层水和气大量进入井内随油基钻井液一起循环。高浓度乙二醇能较好地抑制油基钻井液中水合物的形成。为了达到最佳抑制效果,可在钻井液中配合加入适量聚合醇与无机盐。

海洋水合物钻井用甲酸盐钻井液体系研究

通过实验测试,对甲酸盐钻井液体系的低温稳定性、水合物抑制剂对体系的影响以及钻井液体系的水合物抑制性进行了初步评价。结果表明,以海水+3.0%HCOONa+3.0%SK-2+0.2%KPAM+0.1%LV-PAC+2.0%SMP-2+0.3%改性淀粉为基本体系(基液)的甲酸盐钻井液低温(-5～20℃)稳定性比较好,热力学抑制剂NaCl和KCl对体系流变性能没有太大影响,而动力学抑制剂PVP(K30)虽然加量很少,但对体系黏度和切力影响比较大。甲酸盐钻井液如果不添加水合物抑制剂,在水深超过1400m后,混入大量天然气,会很容易形成水合物。低剂量的动力学抑制剂PVP(K30)能有效提高甲酸盐钻井液的水合物抑制性,其加量在0.5%左右较为合适。因此,添加较高含量无机盐和较低含量动力学抑制剂的甲酸盐钻井液体系可以较好地满足水合物钻井需求。

海洋水合物地层钻井用聚合醇钻井液研究

针对海底天然气水合物地层的独特特性,在充分考虑现有的常用聚合醇钻井液体系的基础上,论述了适合海底天然气水合物地层钻井用含动力学抑制剂的聚合醇钻井液的室内研究情况。结果表明,该体系具有优良的页岩抑制性和水合物抑制性、良好的低温流变性、稳定性和润滑性等特点,能够有效保持井壁稳定,是一种非常适合海底天然气水合物地层钻探的钻井液体系。

新型水基聚合醇钻井液性能评价

由于原位天然气水合物极度不稳定,在钻探和取心过程中易发生分解,进而导致一系列意想不到的钻井事故。因此,在水合物地层钻井首先要防止水合物大量分解,而要达到此目的,科学合理地选择钻井液则是重要举措之一。针对海底天然气水合物地层及其钻井的特性,给出了钻进海底天然气水合物地层时钻井液体系的设计原则,根据此原则在充分考虑现有常用聚合醇钻井液体系特点的基础上,设计了一种适合海底天然气水合物地层钻井的新型聚合醇钻井液,并对其页岩水化抑制性、低温流变性和水合物生成抑制性(动态和静态)进行了评价。结果表明,该钻井液体系能够有效抑制页岩水化分解和防止水合物在循环管路内重新生成,且在低温条件下具有良好的流变性能,能够有效保持井壁稳定,清洁和冷却孔底,是一种比较适合海底天然气水合物地层钻探的钻井液体系。

国外天然气水合物岩心处理分析技术综述

分析了国外天然气水合物岩心研究现状,并从钻井液和实时监控两方面讨论分析了钻进和取心中存在的安全问题。对于岩心取样和保存,主要探讨了压力和温度的保持与现场取心和取样的方法,然后结合取心上存在的主要差异、关键岩心性质以及MALLIK和OD PJoides决心号钻探船上岩心的实验室研究,探讨了天然气水合物的岩心分析。最后针对国内研究现状提出了几点建议。

天然气水合物保真取心装置内部密封技术分析

在海底天然气水合物地层钻探中,利用压力岩心取样器(PCS)获取保压岩心对于后续相关的处理和分析非常重要。首先回顾了国内保压保温取心器相关研究现状,然后从PCS取样腔内部球阀和O型圈等密封结构的特点分析了其内部上、下两部分的密封技术。在综合分析国内两种取样器密封结构特点的基础上,结合岩心现场处理与分析的特点,对PCS与上述两种取样器的密封技术进行了探讨,为取样器的密封设计、岩心现场压力和温度的保持以及保压岩心的保真转移提出了几点建议。

含动力学抑制剂的聚合醇钻井液水合物抑制性研究

对含动力学抑制剂的聚合醇钻井液水合物抑制性进行了实验研究。实验结果表明,加入PVP的水基聚合醇钻井液能够有效抑制甲烷水合物的生成,而PVP(K90)的抑制效果明显优于PVP(K30)。在温度为0℃、初始压力为18 MPa的条件下,只需向水基聚合醇钻井液中添加1%的PVP(K90),就能够确保循环管路中20 h内不会生成水合物。

海洋水合物钻探取心与处理现状分析

在海洋水合物钻探领域,大洋钻探计划(ODP)204和综合大洋钻探计划(IODP)311航次最具代表性和影响力,而国内对于这两个航次中的水合物岩心获取、处理和分析方面的介绍和分析比较少。本文结合国内水合物勘探总体情况和岩心处理分析技术研究现状,介绍和讨论了ODP204和IODP311航次岩心处理分析技术,对后续我国海洋水合物的勘探取心技术发展提出了几点建议。

冻土钻孔内温度分布的相关参数研究

介绍了冻土钻孔内温度分布研究的理论基础,其中主要讨论了冲洗介质的质量流量、钻杆杆壁的导热系数、岩石同冲洗介质的热交换强度系数与不稳定热交换系数,以及孔底冲洗介质温度升高值的确定。结合实例分析了边界条件常数、钻杆导热系数与钻杆内和环状间隙中的传热系数对孔内温度分布的影响。孔底温度的上升主要与冲洗介质的质量流量、其初始温度及热容量、孔底碎岩消耗的功率以及钻头结构与物性有关。

海底天然气水合物钻井液性能

在分析了海底天然气水合物地层钻井液特点的基础上,为获得确保在水合物地层安全钻进的钻井液,利用"天然气水合物微钻模拟实验系统"对部分钻井液处理剂及聚合醇无粘土海水钻井液进行了水合物抑制性实验和低温流变测试。提出了应合理选择钻井液处理剂,确保钻井液具有良好的低温性能和有效抑制水合物生成的能力。

海洋天然气水合物地层钻探钻井液低温流变性能研究

海洋天然气水合物赋存于低温和高压环境条件,以分解抑制法钻进水合物地层,常通过降低钻井液的温度来抑制水合物的分解,所以要求钻井液具有良好的低温性能。对甲酸盐海水钻井液和聚合醇海水钻井液在不同低温条件下的流变性能进行了探讨。结果表明:钻井液处理剂和水合物抑制剂均对钻井液的低温流变性能有不同程度的影响。提出在研究海洋天然气水合物地层钻探钻井液时,应合理选择钻井液体系和处理剂,确保钻井液在低温条件下具有良好的流变性能。

海洋天然气水合物分解抑制实验

在海洋含天然气水合物地层中钻进时,水合物的分解会导致井壁不稳定、钻井液性能降低和管道内生成水合物塞等一系列问题,对安全钻井作业造成了很大风险。采取适合于海洋天然气水合物地层钻井的钻井液,最大限度控制水合物的分解是解决天然气水合物安全钻井的关键。本文采用了课题组研制的一套天然气水合物钻井模拟实验系统,利用此实验系统在不同温度压力条件下人工合成水合物样品,然后加入配置的一种稀硅酸盐钻井液,考察了水合物样品在不同分解条件下(加热、降压)的分解情况进行了对比和分析研究,结果表明此钻井液配方具有良好的抑制水合物分解的能力,能够应用于海洋水合物地层钻井。