深海海底钻机海底天然气水合物钻进取芯建模与分析

针对深海海底钻机金刚石钻头在钻进海底天然气水合物过程中有明显弹塑性变形的特点,基于Hertz接触修正理论,提出了一种适用于深海海底钻机天然气水合物钻进取芯的建模方法。首先,分析钻进过程中海底天然气水合物从弹性变形到弹塑性变形破岩机理,求得金刚石钻头在钻进过程中单颗粒金刚石受到的钻进压力和切削力;其次,根据单颗粒金刚石受力情况,得到整个钻头上钻压和扭矩与钻进参数的理论关系,从而建立金刚石取芯钻头力学模型;最后,分析得到在钻进海底天然气水合物时海底天然气水合物的饱和度与扭矩和钻压的关系曲线。以该方法进行海上试验,成功获取了海底天然气水合物样品,验证了该方法的可行性。该研究成果可为深海取芯钻机钻头参数的设计和高效率钻进取芯提供理论依据。

海底天然气水合物储层复杂地层钻进取芯数值模拟

海底天然气水合物由于其特殊的成藏机理,其分布大多与海底构造地层相关,而天然气水合物的赋存状态同样影响着海底沉积物的性质,因此其储层往往是可预见性差、可钻性差及稳定性差的复杂地层.针对天然气水合物储层的软硬互层,利用有限元软件Abaqus/CAE,建立搭载在海底钻机上的金刚石钻头对天然气水合物储层钻进取芯的有限元仿真模型,对钻进过程进行模拟分析.通过在钻头上施加不同的钻进参数,获得金刚石钻头随钻进参数变化的运动规律,以及不同钻进参数下水合物储层不同位置的应力状态;通过对应力状态进行分析,得到岩芯受扰动的变化规律.结果表明:金刚石钻头在穿过不同地层时运动状态可分为3个阶段,钻头的平均钻速随着钻压与转速的增加而增加;不同地层的岩芯失效率大不相同,水合物层岩芯的失效率为10%~15%,其上覆土层岩芯的失效率为25%~45%,而且失效率受钻压的影响较为明显.

海洋CSEM探测海底天然气水合物的有效异常研究

鉴于海洋CSEM响应对海底地层的电性变化比较灵敏,故可以依据水合物储层和围岩沉积层的CSEM响应差异,确定海底天然气水合物储层的分布范围。在考虑噪声情况下,通过建立一维含水合物储层模型,正演计算获得CSEM响应,进而求得有效异常、综合分析有效异常与发射频率及收发距的关系。研究表明,电磁响应的有效异常可用于确定合适的勘探频率,并由此获得相应的归一化振幅比和相位差曲线,利用有效异常对水合物储层电阻率变化十分灵敏的特性,寻找水合物储层,证明海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性。

海底天然气水合物的饱和度预测技术

海底天然气水合物的储量主要取决于水合物的分布面积、水合物稳定带的厚度、沉积层的孔隙度及水合物的饱和度 (或充填率 )等 ,其中水合物在沉积物孔隙中的饱和度对其储量的估计具有重要意义。目前很难通过原地直接测量来获得这种饱和度数据 ,一般根据地球化学或地球物理方法取得。水合物饱和度预测技术主要有 :利用岩心孔隙水氯离子浓度、地球物理测井、地震波速度等间接手段。每一种技术都不是完善的 ,而海底含水合物的沉积物又是一个复杂的系统 ,在预测中应根据实际情况选择比较合适的方法 。

海底天然气水合物的地震资料处理与分析

介绍了利用多道反射地震资料，采用反射振幅随炮检距变化ＡＶＯ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｖｅｒｓｕｓ Ｏｆｆｓｅｔ）技术 和其他地震正、反演方法，通过研究地震剖面上的拟海底反射层（ＢＳＲ）分布、地震弹性参数特征，来探讨ＢＳＲ上、下方含天然气水合物沉积层和含游离气沉积层的内部结构和某些主要物理性质，如沉积物的 空隙率、天然气水合物的饱和度等，由此来评估海底天热气水合物的资源前景并研究其成矿机制。

CMP域内海洋CSEM法探测海底天然气水合物分辨能力研究

海洋CSEM法因其对海底高阻体反应灵敏,可用于探测和识别海底天然气水合物储层,然而,由于海底天然气水合物成因和成藏规律复杂,一些区域横向块状分布或是垂向多层分布的成藏模式加大了探测难度和成本,对于探测分辨能力也提出了更高的要求。为了在实际CSEM探测中进行高阻异常的现场快速评估,借鉴地震勘探共中心点道集的转换方式,将二维模型的海洋CSEM响应在CMP域单元内转换为一维模型的响应,进而实现二维模型CSEM资料在CMP域内的近似一维反演,针对不同电阻率模型讨论勘探参数对异常体分辨能力的影响。结果表明,海洋CSEM资料的CMP域反演对横向和纵向上相邻的水合物储集体具有一定的分辨能力,这为海洋CSEM法探测复杂成藏模式的水合物提供理论依据。

海底天然气水合物赋藏区域地热基本模型探讨

在分析海底天然气水合物赋藏区域地热场特征的基础上,借鉴盆地地热模型理论和方法,建立了海底天然气水合物赋藏区域的地热基本模型,并详细介绍了边界条件和导热系数的确定方法。由于天然气水合物的形成、分布与实际地质和地热条件密切相关,因此加强天然气水合物赋藏海域的地质与地热基础调查是构建准确可靠的地热模型的关键。

海洋CSEM法探测二维海底天然气水合物响应特征

针对海底天然气水合物开展了可控源电磁探测法(Controlled-source Electromagnetic Method,CSEM)响应研究,根据实际地质资料设计二维地电模型并进行正演计算,讨论了频率变化对CSEM响应结果的影响以及海底地形起伏时的CSEM响应特征。综合天然气水合物二维正演模拟结果,论证了海洋CSEM探测海底天然气水合物的可行性,研究成果可为今后的海底天然气水合物勘探提供技术支持。

海底天然气水合物取样器冷却技术研究现状

天然气水合物是一种潜力巨大的替代性能源,其可以稳定地存在于一定的低温高压条件之下。在天然气水合物钻探作业中,冷却保温技术是天然气水合物钻探的关键技术之一。低温可以抑制天然气水合物分解,这对获取水合物样品有着十分重要的作用。本文首先概述了海底天然气水合物取样器保温冷却技术研究现状,并对取样器冷却保温技术进行深入的调查研究和分析。然后对日本的PTCS取样器中的冷却保温技术和国内具有冷却保温功能的取样器进行了详细介绍,并对相关技术进行分析和总结,最后对海底天然气水合物取样器冷却保温技术的发展做了总结与展望。

海底天然气水合物开采对技术装备的特殊需求

这是一个很值得超前探讨的技术问题。为有效地保护冻土层的封闭性能，地下增热技术显然受到了限制；采取减压的技术，不可能一次性减压过大，于是井下分级减压技术便有可能被提出来，气、水分离技术也将被提出来，井筒内和井口部位防止新生水合物堵塞技术也将被提出来。这就意味着海底天然气水合物的开采，很大程度要依据技术装备的创新。我国的天然气水合物开采技术基础薄，

21世纪的新能源:海底天然气水合物

据科学家预测全球的石油天然气能源将在2050年枯竭。在石油天然气能源即将枯竭的时候,科学家们把目光投向了比陆地面积大得多的海底,寻找海底能源成了科学家的当务之急。在对海底进了大量调查研究后发现,海底天然气水合物可以替代石油天然气,成为21世纪后半叶的新能源。天然气水合物（Gas hydrate）是天然气（主要是甲烷）和水分子组成的固体结晶物质。它赋存在低温高压条件下,主要出现于>300-500m水深的海底沉积物中和寒冷的高纬度地区（特别是永冻层地区）,据估计陆地上20.7%和海底90%的地区具有形成天然气水合物有利条件。全世界天然气水合物中的甲烷碳达1016kg或20×1015m3的甲烷气,较常规的天然气大2-3个数量级,可供全世界使用50年以上。

海底天然气水合物开采装置

2015年我国石油进口3.28亿吨,对外依存度首破60%,达到60.6%,能源自给率低已对我国能源安全造成了很大的威胁,因此急需找到新的能源,破解我国能源供给困局。海底天然气水合物是一种储量巨大的清洁能源,有希望替代石油、煤炭成为主要能源。我国海底天然气水合物开采技术仍处于探索阶段,尚未形成成熟的工业化开采技术。因此亟需研发一套能应用于工业化开采天然气水合物的工艺和方法,而海底非成岩天然气水合物因埋藏浅分布广,更容易采掘,可以成为天然气水合物开采的一个突破口。本文提出了一种海底天然气水合物的开采装置,能够绿色环保、经济高效的对海底天然气水合物进行开采。