基于功能共振分析的可燃冰开采装备体系风险评估

为实现可燃冰的商业化开采,评估开采设计方案的风险并制订对应的风险防控措施以保证商业利益最大化是十分重要的。针对处于设计阶段的可燃冰开采装备体系,改良了一种系统风险致因理论——功能共振分析方法(FRAM),并采用该方法进行系统层面的分析与风险评估。以降压法采出、管道集输与穿梭油轮运送LNG的开采组合方法为例,建立了装备体系功能关系网络,结合评估对象特点改进了原方法中的一般性能条件,确定了完井防砂、水下控制、天然气处理等6个随机状态功能模块,并分析失效在功能网络中的影响情况。对设计阶段可燃冰开采装备体系存在的主要风险因素的评估表明,严格控制防砂装备质量、建立化学药剂质量监控系统、通过教育培训减少人员在外输或其他需重点关注作业中的误操作等最为重要。

基于ABAQUS的可燃冰开采过程可能引发的地质灾害数值模拟

海洋可燃冰是今后发展的巨大潜在能源,可满足国家和地区发展的经济能源重大需求。但在大规模商业化开采需要实现关键的两点,即高度的安全性和有市场竞争力的经济性。本文基于有限元软件ABAQUS,以可燃冰开采过程为背景,结合强度折减方法,利用随时间不断衰减的材料属性模拟可燃冰开采过程,研究可燃冰开采过程中上层土体的受力过程,探究开采不同阶段发生地质灾害的潜在可能性,做出模拟分析,为实际的开采施工提供借鉴。

可燃冰开采电磁加热系统设计与性能评价

本文针对海底可燃冰定向开采技术,基于电磁加热原理,设计研发了一套电磁加热系统,包括地面控制柜和井底电磁加热器。地面控制系统采用电力载波模式与井底加热器建立通讯,实现地面对井底加热器远程控制,达到恒温升控制目的。陆地试验结果表明,在不同流量条件下,井底电磁加热器温升效果大于10℃,能够满足加热需求;注入压力为21MPa时,井底电磁加热器能稳定工作,绝缘电压不低于4500V,满足性能要求。

循环剪切作用下含可燃冰砂土-开采井界面强度弱化细观机制

含可燃冰砂土呈现埋藏浅、未成岩和强度低的特性。波浪循环荷载作用下含可燃冰砂土-开采井界面弱化特征显著,直接影响井口稳定。采用离散元方法,通过设置波浪循环荷载引起的井筒运动,研究含可燃冰砂土-开采井界面循环剪切力学特性,并从细观角度揭示界面宏观弱化机制。结果表明:可燃冰赋存导致含可燃冰砂土-开采井界面呈显著的强度弱化及剪胀体变特征,且可燃冰饱和度越高,弱化及剪胀越显著;原因在于近井区域含可燃冰砂土在循环剪切作用下形成胶结失效区域,大部分颗粒失去胶结约束,同时少部分胶结未失效的可燃冰颗粒与邻近颗粒形成较大粒径团簇,这些颗粒和团簇翻滚错动且无法充分传递荷载,导致界面产生强度弱化和剪胀体变;法向应力与剪切振幅的增大均会加剧界面试样可燃冰颗粒的胶结失效发展,强度弱化现象更为严重。

分解条件下含可燃冰砂土-开采井界面弱化规律试验研究

可燃冰分解会导致含可燃冰砂土-开采井界面承载力降低,产生错位、滑动等非连续性变形,直接影响开采井的稳定性。为研究分解条件下含可燃冰砂土-开采井界面弱化规律,基于研制的低温-高压可燃冰生成及三轴测试设备,开展了分解条件下含可燃冰砂土-开采井界面剪切试验,构建了考虑分解效应的含可燃冰砂土-开采井界面统计损伤模型。研究结果表明,可燃冰分解前界面呈应变软化状态,界面抗剪强度和剪胀性随饱和度增加而增大;分解后界面呈应变硬化状态,界面强度亦随饱和度的增加而增大,但剪胀性受其影响略小。与分解前相比,分解后界面抗剪强度、黏聚力、剪胀性等均降低,呈显著的弱化特性。由此考虑界面微元强度服从MohrCoulomb屈服准则和双参数Weibull分布,构建了可较好描述分解引起的含可燃冰砂土-开采井界面变形破坏的界面统计损伤模型,分析模型中的参数m和F_(0)与可燃冰饱和度、有效围压和分解条件的关系。相关成果可促进可燃冰勘探开发基础理论和关键技术研究。

天然气水合物藏长效防砂完井探索研究

近年来,中、美、加、日等国进行了多海域、多频次、多类型天然气水合物藏的防砂完井实践与探索,结果表明,砂堵问题仍是制约其长效开采的关键因素。文章基于神狐海域水合物藏储层特征、出砂机理分析、疏松砂岩防砂实践以及神狐海域防砂探索(2017和2020年)经验,研究并剖析了现有筛管完井技术在泥质粉砂岩水合物藏储层中的应用局限性,首次提出了基于井口打压井下周期解堵的“自清洁”精密复合防砂筛管设计构思,并就其自清洁原理、应用前景进行了分析说明,优化设计了筛网尺寸及挡砂精度;此外,文章还对该筛管核心部件“冲砂管”的结构、材质、开孔方式以及冲砂周期进行了优化研究。文章中的“自清洁”防砂筛管研究是长效防砂完井的一次创新探索,旨在推动水合物藏开发进程。