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。     

天然气水合物孔底冷冻取样技术

本研究提出的天然气水合物孔底冷冻取样方法是通过外部冷源采用主动式降温的方法在孔底冷冻天然气水合物岩心,从而抑制水合物分解来获得水合物岩心的方法。首先,分析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法冷冻方式。最后,研制了FCS型天然气水合物孔底冷冻取样器,通过钻进实验取得冷冻岩心。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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多维天然气水合物开采模拟试验系统的研制与初步应用

为研究天然气水合物的合成及分解特性、储层的开采特性以及开采过程中的出砂防砂等问题,自主研制了一套多维天然气水合物开采模拟试验系统。该试验系统主要由气体注入系统、稳压供液系统、蒸汽或热水注入系统、一维/二维/三维模型、回压控制系统、出口计量系统、数据采集控制处理系统等组成。该试验系统的主要特色如下:(1)将高压玻璃做成的一维反应釜外壁和高清摄像头结合达到可视化的目的,监测中低压力下水合物的合成、分解情况以及开采过程中砂粒的运移情况;(2)采用自主研发的双缸恒速恒压泵控制回压阀,使得整个降压开采过程中反应釜中的压力能够实现高精度的均匀减小,达到分段缓慢降压的目的,避免水合物的二次生成,使产气速度更加均匀。以不同粒径的石英砂、去离子水和纯度为99.9%的甲烷气为原材料,开展了一维相平衡试验和二维降压开采试验,通过以上初步应用验证了该试验系统的可靠性。     

海洋天然气水合物的模拟实验研究现状

综述了国内外海洋天然气水合物的模拟实验研究成果及进展，介绍了海洋天然气水合物生成过程中除温度和压力外的各种影响因素及其实验技术，重点讨论了海洋天然气水合物模拟实验研究的实验装置和各种探测技术。引用文献27篇。     

天然气水合物形成过程中的气体组分分异及地质启示

自然地质条件下不同气源的天然气体由于其组成不同,对天然气水合物的成藏条件产生不同影响。以2个常规天然气样品为例,在中国石油大学自行研制的水合物成藏一维模拟实验装置上进行了水合物成藏模拟实验,并对实验前后的原始气样、水合物形成后的游离气、分解气进行了气体组分分析。实验结果表明：水合物分解气中CH₄、N₂含量降低,而C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂含量增大,游离气中各组分的变化趋势刚好相反,这意味着同等的温度压力条件下,C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂等与CH₄、N₂相比更易于形成水合物;通过计算分解气体各组分相对于原始气体的相对变化量发现,在实验温度压力条件下（高压釜温度范围为4~10 ℃,气体进口压力为5 MPa）,烃类气体与水结合形成水合物的能力由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷依次增加;由于不同烃类气体与水合物结合的条件不同,导致水合物形成过程中气体组分发生分异,水合物中甲烷含量减少、湿气含量增大,而游离气中气体变化相反,在自然地质条件下形成由水合物稳定带上部溶解气带、水合物稳定带及下部游离气带（或常规气藏）甲烷含量呈中-低-高特点,湿气和二氧化碳含量呈低-高-中的三层结构分布模式,因此,同一气源气体在不同带内表现出不同的气体组分特征。     

注蒸汽开采冻土区天然气水合物数值计算与野外应用

试开采研究是天然气水合物从理论研究走向商业化开采的必经之路。提出的注蒸汽开采是一种综合开采方法,是在降压开采的基础上,往孔内注入热蒸汽对水合物目标开采层进行激振往复式热激发。注蒸汽开采能够避免“自保护效应”,促进水合物进一步分解,理论上能够扩大开采范围、提高产气量。利用FLUENT数值模拟软件对蒸汽加热水合物层动态过程进行数值计算,通过模拟计算结果对比分析,在满足开采要求的前提下确定最佳的注蒸汽功率为20 kW,注热时长为38 h。在青海木里盆地天然气水合物试采项目中,注蒸汽开采进行了5.2 h开采试验,产气量为3.25 m3。     

水射流破碎南海含水合物沉积物数值模拟研究

为研究高压水射流切割、破碎南海天然气水合物储层的过程,采用著名的LS—DYNA显示动力分析有限元程序,对淹没状态下,水射流破碎海底含水合物沉积物过程进行数值模拟研究,研究了不同射流速度对高压水射流作用下含水合物沉积物破碎效果的影响规律。随着射流速度的增大,冲蚀深度逐渐增大,两者呈线性递增关系。含水合物沉积物冲蚀体积是轴向冲蚀与径向冲蚀共同作用的结果,射流速度越大,对含水合物沉积物的轴向与径向冲蚀作用增强,加大了含水合物沉积物冲蚀体积递增速率。     

气体水合物生成实验过程动态监测:一种新的ERT方法及其效果分析

现阶段适用于天然气水合物资源开采过程获得其空间分布变化的现场监测技术仍不完善.以电阻率层析成像(ERT)技术为基础,研发一套新的ERT阵列(由两组平行的垂向电极组合而成,每组阵列有24个环形电极)应用于水合物储层动态变化监测模拟实验.通过开展物理模拟实验,采用新的E RT方法对水合物生成过程进行了动态监测,并分析了动态...     

天然气水合物开采数值模拟的参数敏感性分析

天然气水合物是储量巨大的一种新型能源,如何有效地开采是关键问题。基于降压开采的机理,建立了一维数学模型,利用自编的数值模拟软件进行了天然气水合物开采过程中的参数敏感性分析;通过与Yousif研究结果进行对比,验证了本模型的正确性。在此基础上,分析了渗透率、初始天然气水合物饱和度及生产压力对开采效果的影响。研究发现,渗透率越大、初始饱和度越低、生产压力越低,天然气水合物分解越快,分解前缘的移动速度越快。研究结果对天然气水合物的实际开采提供了理论支持。