CO2-CH4置换水合物开采方法及其强化技术研究进展

天然气水合物具有资源储量大、分布范围广等特点,是一种潜力巨大的替代能源,经济、高效、安全地开发天然气水合物是目前研究的热点。CO₂-CH₄置换水合物开采法既可以置换出水合物储层中的甲烷,同时还将CO₂封存其中以保持地层稳定,受到了广泛的关注。本文从CO₂-CH₄置换的可行性、实验模拟与数值模拟的角度综述了近些年CO₂-CH₄置换水合物开采法的最新研究进展,并针对置换过程效率低、速度慢等缺点,探讨了改变CO₂注入相态、CO₂协同小分子气体以及CO₂置换联合开采法等强化置换技术,指出了不同强化方法的技术壁垒及应用局限,展望了CO₂-CH₄置换水合物开采技术的研究方向和发展前景。     

天然气水合物实验装置及其发展趋势

研究天然气水合物离不开实验模拟。分析了国内外水合物实验装置设计和发展情况及相应的实验研究内容，总结了水合物实验系统构成，探讨了我国与国外水平的差距，最后归纳了国内外水合物实验装置研究特点与技术发展趋势，并给出了提高我国水合物综合实验研究水平的建议。     

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。     

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。     

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.     

各向异性岩石钻进用钻头和孔底装置的分析研究与探讨

钻探工程中可以遇到各种岩石。按物理力学性质来说,岩石可是均质（各向同性）和非均质（各向异性）的。多数情况下,在深孔钻进时,岩石可能受地质条件的影响,是各向异性的。各向异性岩石的特点之一是,不同受力方向上的强度不同,因此钻孔容易弯曲,直接影响钻探效率和质量。俄罗斯科研人员对各向异性岩石中钻进时使用的钻头和孔底装置进行了大量研究,取得了较好的效果,值得我们参考。     

天然气水合物储层超声雾化防砂排水采气实验研究

天然气水合物储层具浅埋藏、弱固结、低渗透、高泥质、非均质等特点,钻采过程中易出现严重的出砂问题,是制约天然气水合物安全高效开采的“瓶颈”之一。现有的天然气水合物储层防砂技术主要来源于常规油气开采中常用的防砂方法,防砂精度控制和稳产增产矛盾突出。为此,本文提出了一种天然气水合物储层超声雾化防砂排水采气方法,配合挡砂介质在有效防住10 μm以上砂的同时,将水雾化成5 μm左右的小水滴产出,降低水的携砂能力并加速水气产出,进而实现连续排水产气。基于该方法搭建了简易实验模拟评价装置,进行了初步的模拟实验。实验结果表明该方法具有一定的可行性,水气可以通过雾化片的锥孔不断产出。但是由于储层砂中还存在大量直径小于雾化片锥孔直径的泥质成分,雾化装置还需针对泥质成分的存在做进一步优化,否则泥质成分将堵塞在雾化片锥孔附近降低雾化片的振荡频率,造成排水产气的中止。这些初步的工作可以为天然气水合物储层防砂增产提供新的思路。     

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。     

米泉区块煤砂互层井壁稳定性分析

准噶尔盆地南缘山前构造带米泉区块由于构造运动激烈,地应力集中,地层稳定性差,存在大段强水敏性煤层和泥岩层,导致钻井过程中经常出现上塌下缩的井内复杂情况。本文根据米泉1井实钻资料,分析了井壁失稳原因,利用FLAC3D软件对三开段煤砂岩互层井壁的力学稳定性进行了数值模拟分析,提出了相应的钻井液密度范围和钻井施工措施。     

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.