天然气水合物孔底冷冻取样方法的室内试验研究

本研究提出的天然气水合物孔底冷冻取样方法是利用外部冷源在孔底降低水合物岩心温度,采用主动式降温的方法降低水合物的临界分解压力,达到被动式降压来抑制水合物分解,获得水合物岩心的方法。首先,通过分析天然气水合物温压特性得出了孔底冷冻取样方法的可行性;然后,借助室内冷冻模拟试验确定了干冰为冷冻剂,酒精作为助冷催化剂和载冷剂的冷冻方式;最后,依据冷冻模拟试验得出的干冰法冷冻方式研制了FCS型天然气水合物孔底冷冻取样器样机,并进行了土层钻进冷冻取样试验,取得冷冻黄土岩心。本研究提出天然气水合物孔底冷冻取样思想,为天然气水合物取样器的设计提供了新的思路。     

陆地天然气水合物孔底冷冻取样方法

如何获得品质优良的原状样品成为探明陆地天然气水合物赋存条件与储量的关键技术之一。在分析天然气水合物热物理性质和温压特性的基础上,采用主动式降温的方法,通过外部冷源在孔底降低水合物岩心温度,降低水合物的临界分解压力,抑制水合物分解,获得水合物保真样品：据此提出了天然气水合物孔底冷冻取样方法。设计的取样器总体结构由单动机构、控制机构和制冷机构组成,其工作原理主要为孔底冷冻岩心和地表取心,同时分析计算了取样器冷冻岩心所需的能量。通过钻探取样试验钻获冷冻岩心,证明天然气水合物孔底冷冻取样方法能够实现孔底冷冻岩样。该方法可以应用于天然气水合物保真取样。     

液氮冷源外置式天然气水合物孔底冷冻绳索取样器的研制

针对天然气水合物存在环境和性质的特殊性,研制了新型天然气水合物孔底冷冻取样器。取样器采用冷源外置式,通过绳索取心方式,实现孔底冷冻岩样。介绍了新型取样器的冷冻方式、工作原理和主要结构特点。     

干冰升华式孔底冷冻取样器冷源保冷方法的试验研究

针对已研制的天然气水合物孔底冷冻取样器,为进一步提高取样器干冰冷源的保冷效果,提出干冰冷源双层保冷方法。通过试验研究,证明干冰冷源双层保冷方法可大幅度提高干冰在井内的保存时间,可以将此方法应用于取样器的设计。     

天然气水合物孔底冷冻取样器储冷腔的设计与试验研究

孔底冷冻取样是一种有效的钻取天然气水合物岩心的方法,绳索取心式孔底冷冻取样器的制冷能力由可存储冷源干冰和制冷酒精的储冷腔决定。本文就不同内部结构的储冷腔进行了储冷能力和制冷效果的设计与试验研究,计算了储冷腔的保冷层厚度,并设计了分层式、螺旋阶梯式和带孔管式3种储冷腔内部结构;通过对储冷腔保冷能力的试验研究,干冰存储1 h后平均损失率为31.3%,能满足后续制冷酒精的要求;并对不同结构的储冷腔开展试验研究,试验结果表明,带孔管式储冷腔可在短时间内完成对酒精的冷冻,酒精降温幅度达36.3 ℃,可满足水合物冷冻取样的能量要求。     

天然气水合物冷源外置式孔底冷冻绳索取样器冷冻效率优化研究

为解决天然气水合物冷冻取样钻具冷源难以在孔底长时间存储及冷冻岩心效率低的问题,本文提出了采用冷源外置式冷冻岩心样品的方法,即将冷源存放在打捞器中减少冷源在孔内的存储时间,提高冷源的存储效率,并在冷冻过程中向冷冻腔内通入氮气增强低温酒精与岩心的对流换热以提高岩心的冷冻效率。采用液氮与酒精混合形成的低温酒精（-130 ℃）作为冷源进行冷源存储及岩心冷冻试验,模拟孔内环境存储30 min后,冷冻能量保存率为731%。通过注入氮气提高冷源与岩心的换热效率,可将岩心平均温度降至-1492 ℃,与传统方式相比冷冻效率提高243%。试验结果表明,通过冷源外置式的结构和通过注气增强对流换热的方法能够解决冷源不能长时间存储及岩心冷冻效率低的问题,为天然气水合物钻探获取原始样品提供了一种可行的方法。     

天然气水合物孔底冷冻取样器室内冷冻试验能量计算与分析

针对以干冰作为冷冻剂、酒精作为载冷剂的天然气水合物孔底冷冻取样方法,提出干冰与酒精用量的计算方法。计算出在干冰双层保冷的方式下,干冰与酒精的用量。通过实验与计算机模拟分析,验证该计算方法的可行性。针对试验过程中出现的问题,提出对试验装置的改进,为取样器的设计提供参考。     

天然气水合物保真取心装置内部密封技术分析

摘要：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。     

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ODP Joides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.     

天然气水合物的钻进过程控制和取样技术

分析了天然气水合物的稳定主钻进过程的影响,讨论了天然气水合物的钻进泥浆控制策略和取样（心）技术,同时介绍了大洋钻探（ODP）使用的保压取样器PCS。     

海域天然气水合物保温保压取样钻具研究与应用进展

保温保压取样,作为开展海域天然气水合物勘查工作的关键技术方法,是采获水合物原位样品的核心技术手段。本文对国内外海域天然气水合物保温保压取样钻具的相关资料进行了汇总梳理,并从工作原理、结构特点和试验应用等方面对国内保温保压取样钻具的研究与应用进展进行了分析与总结。通过采用不同的工作原理,国内保温保压取样钻具已能够在软-中硬-硬地层中进行取样,在工程应用中的保压成功率、岩心收获率等性能指标能够满足取样需求,有效推进了天然气水合物勘查评价自主化实施进程。     

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。     

国外天然气水合物勘探现状及我国水合物勘探进展

概述了国外天然气水合物调查研究的进展情况,介绍了我国在天然气水合物调查研究的历史、工作过程及目前取得的进展。详细地介绍了我国陆地永久冻土天然气水合物钻探取样器具、工艺方法、应用现状及钻探取样施工取得的成果,提出了我国未来陆地冻土天然气水合物勘探开发工作任务和建议。     

天然气水合物保真取样钻具的试验研究

由于天然气水合物生存环境及特性特殊,所以了解其物化特性最有效的方法是通过钻探取样。天然气水合物钻探取样的关键是要有满足要求的钻探设备、钻探工具、钻探工艺及特殊的冲洗液。介绍了天然气水合物取样钻具的结构、原理、特点、钻进工艺及试验结果。根据海洋钻井的特点,提出了中国实施天然气水合物钻探经济实用的施工方案。     

日本南海海槽天然气水合物取样调查与成功试采

日本在实施天然气水合物研发计划（MH21）的第一阶段（2001—2008）及之后,作为合作伙伴,参加了加拿大Mallik和美国阿拉斯加陆域永冻层的水合物试采工程项目,并在本国南海海槽分别于2000年和2004年实施了水合物探井施工和多井钻探取样调查。从MH21第二阶段（2009—2015）开始,日本加强了对南海海槽东部的钻探、取样调查,运用新研发的CDEX hybrid PCS系统采取保压岩心;运用PCCT压力岩心测试鉴定仪器,对含水合物沉积地层的岩样作精密测试分析;提出水合物开采环境效应评估（EIA）研究战略,运用综合方法认真实施EIA调查,以及对海域水合物生产环境监测系统,包括海底甲烷泄漏监测仪（MLMS）、海底变形测量仪（SDMS）等予以布署。2013年3月12—18日,日本在南海海槽东部深水水合物储层实施了第一次天然气水合物的试采。六日内累积生产气量约120000 m3,平均日产气量20000 m3。这是世界上第一次海域天然气水合物成功的试采工程,是国际天然气水合物开发史上的一座里程碑。但是,天然气水合物的商业化开采在国际上将是一个艰难、漫长的过程。     

天然气水合物钻探取样技术介绍

介绍了国内外 9种天然气水合物取心器和 1种岩心恢复取样系统的主要技术指标、结构组成和工作原理 ,以及岩心的保存和卸压分离技术 ,并对取心器和取心钻探工艺的技术方案提出了看法和建议。     

天然气水合物非干扰绳索式保温保压取样钻具的研究

由于天然气水合物存在环境和性质的特殊性,使保温保压取样技术成为获得原位天然气水合物最有效的方法之一。保温保压取样钻具是获得天然气水合物真正物化特性的主要器具。通过多年对天然气水合物保温保压取样钻具的试验研究,设计了专门用于取海底沉积物和未成岩地层中水合物的非干扰绳索式保温保压取样钻具。介绍了钻具的结构、特点,及其配套的保温保压系统关键机构的功能、特点。对取心工艺和进行的海上功能性试验进行了详细说明,试验结果达到了设计要求。     

天然水合物钻探取样技术介绍

介绍了国内外9种天然气水合物取心器和1种岩心恢复取样系统的主要技术指标、结构组成和工作原理，以及岩心的保存和卸压分离技术，产对取心器和取心钻探工艺的技术方案提出了看法和建议。     

钻进过程中天然气水合物的分解抑制和诱发分解

讨论了天然气水合物钻进过程中，抑制和诱发孔底出露水合物分解的途径、方法和原理，并介绍了一个诱发水合物分解的钻进过程。     

天然气水合物保真取样系统设计的理论基础

分析了设计天然气水合物保真取样系统的理论基础,即天然气水合物的化学性质、天然气水合物的形成及稳定条件.在此基础上对保真取样系统的压力、温度及自动控制系统必须具有的功能提出了构想.