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。     

海洋保温保压取样钻具的研制

针对天然气水合物储层环境,依托中国地质调查局地质调查项目“水域地层原位钻探取样器具设计及工艺研究”研制了海洋保温保压取样钻具。在室内试验的基础上,依次在浅水及深水对研制的钻具进行了功能性海试,改进后在1392 m深海进行了保温保压取样钻具功能性试验获得成功,为我国今后在海域天然气水合物勘探取样奠定了坚实的基础。     

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。     

钻井利器故事之“保真取样钻具”

天然气水合物作为一种高效清洁能源,广泛分布于海洋和冻土带中。经过近几年的勘探,在我国南海发现了储量非常丰富的天然气水合物资源,并成功进行了试开采,取得了可喜的成绩,也使我国在该领域处于国际领先地位。随着水合物勘探开发程度的进一步加快,作为水合物调查钻探取样的重要利器——保真取样钻具的保真效果已经被越来越多的研究者所关注。本文从科普的角度介绍了天然气水合物保真取样的必要性、国外发展历程及国内近年来的研究成果,以此达到相互交流、相互促进的目的,最终推动保真取样技术的国产化应用。     

海洋天然气水合物探测及取样钻具研制

在海洋天然气水合物资源调查评价过程中,通常先采用地球物理方法来探测海底拟反射层（BSR）,然后根据BSR的位置来判断水合物的分布范围和埋藏深度。但在钻井取样过程中发现BSR并不能完全准确地反映水合物的埋藏深度,为此项目组研发了一种绳索打捞式的组合钻具,在钻井过程中不仅能够使用随钻测量钻具探测地层电阻率来确定地层是否有水合物,而且还能通过绳索打捞方式更换取样钻具,完成水合物地层的取样。通过设计、试制和室内测试,验证了水合物探测及取样钻具方案是可行的,为后续的野外试验奠定了基础。     

保压取样钻具内岩心温压采集器的研制与应用

在绳索取心钻探过程中,井底温度与压力的实时测量,有助于改进取心工艺,提高岩心采取率;同时岩心在井底的原位测量数据对于了解岩心的物理特性有着重要意义,这一点在海域天然气水合物勘探中尤为明显。本文主要介绍了一种内置于保压取样钻具中的温压采集器的结构及其工作原理。该采集器采用干电池供电,单次工作时间>72 h,能够采集与存储整个取样过程中岩心管内的温度与压力参数,与电脑端连接后就能得到全部数据。通过搭载海洋地质十号钻探船,该采集器完成了一个回次的海试试验,得到了整个绳索取心钻进过程的温度与压力数据。经过分析,收集到的数据与实际取心工艺过程相符,数据平稳可靠。     

天然气水合物钻探取样技术现状与研究

通过资料调研与研究,综合分析了国外深海天然气水合物钻探取样工具的结构原理、技术参数、作业过程、主要特点以及对设备的要求等。同时简要介绍了我国“十一五”期间取样装置的研制进展情况。     

3型天然气水合物保压取心装置

介绍了３型天然气水合物保压取心装置的结构、工作原理、主要技术参数及其在Ｓｉｔｅ５３３的使用情况。     

羌塘盆地天然气水合物钻探试验井取样技术与施工实践

羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程位于羌塘盆地西北部,海拔4998～5100 m。羌塘盆地是青藏高原年平均地温最低、冻土层相对较厚的地区,所处的水文地质及工程地质环境极其复杂,多年冻土层经反复冻胀融沉,地层破碎。另外,该处地层节理、裂隙、小断层和地下水极其发育,施工条件十分恶劣和困难。从取心钻具结构改进、钻头设计、冲洗液配方以及钻孔结构等方面总结了近年在羌塘盆地实施天然气水合物钻探试验井工程的实践和经验,为未来高海拔地区天然气水合物及其他矿产资源勘探提供参考。     

天然气水合物储层岩心保压转移与测试进展

掌握天然气水合物储层基础物性演化特征对提升天然气水合物资源勘查与试采综合实力具有重要意义。目前,天然气水合物储层基础物性模拟实验和测试仍然以人工制备的天然气水合物岩心样品为主,导致测试结果和模拟实验认识与天然气水合物资源勘查试采工程需求仍有一定的差距,亟需原位准原位物性测试数据进行对比校正。天然气水合物储层保压取心及其后续岩心保压转移与测试是积累准原位物性测试数据的有力手段。聚焦天然气水合物储层保压取心之后的岩心保压转移与测试,全面综述了国内外现有的天然气水合物储层岩心保压转移与测试系统的优缺点,深入分析了天然气水合物储层岩心保压转移与测试获得的基础性认识;综述国内天然气水合物储层保压取心系统研发现状,梳理与之配套的岩心保压转移与测试系统研发现状及其面临的挑战;针对面临的挑战,为发展中国海域天然气水合物储层保压转移与测试技术装备研发自主能力提出了建议。     

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。     

天然气水合物钻井的关键技术与对策

分析了永冻土和深海海底天然气水合物钻井的特点，介绍了天然气水合物钻井的关键技术(包括钻井方法、钻井装备、井喷控制、固井等)问题和解决的对策，对我国开展相关技术的研究有一定的指导意义。     

钻采天然气水合物的初步设想

天然气水合物在一定温度压力条件下能以固体形式存在,但由于其特殊的热物理力学性质,难以像开采其它固体矿产资源的＂矿山＂型式来开发。在现有技术条件下,钻探技术是解决开采天然气水合物的技术、经济可行和避免可能由开采带来的环境问题的关键。鉴于通过钻探手段将天然气水合物在地下转化为可控的资源而后开采的现实,提出了采用化学浆液注入和降压相结合的开采模式。     

陆域天然气水合物取样关键因素探讨

温度和压力是保持天然气水合物不分解的2个重要参数。依据热物理力学理论和理想气体特性,通过计算机模拟0℃以上甲烷水合物和二氧化碳水合物在不同温度-压力条件下的分解,得到甲烷水合物分解P-T平衡相图,探讨了钻探获取陆域天然气水合物取样温压关系。     

海底沉积地层保真取样钻具的设计及应用

钻探取样技术作为海洋地质调查和资源勘探的主要方法,在海洋探索领域占据着十分重要的地位。海底地层以松软沉积物为主,常规钻探回转取样的方法极易破坏样品原状性,且样品采取率低,难以满足科学研究的要求。研制了一种以泥浆泵压驱动的沉积物保真取样钻具,并结合绳索取心技术,实现海底沉积地层保真取样。试验证明,该海底沉积地层保真取样钻具取样成功率高、作业效率高,所采取样品原位性、原状性好,完全满足海洋地质和土工实验等对样品的严格要求。     

天然气水合物钻采与环境保护

天然气水合物是一种潜力巨大的新型超级能源，但是它也是诱发地质灾害的因素，还可能对全球气候变化产生重要影响。从钻探特点，钻探方法，泥浆，取心，测井，固井技术，开采方法等方面提出了防止地质灾害和环境污染的技术措施，对策与建议。     

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。     

东北某盆地天然气水合物钻探施工实践

我国可燃冰陆地钻探刚刚起步,它有别于岩心钻探,有自己独特的地方,也有相同的地方。通过工程实例介绍了可燃冰陆地钻探钻孔技术要求,冻土地区塔基制作,可燃冰钻探取样,低温泥浆的配制、维护和使用等技术问题,并阐述了可燃冰钻探取样今后的发展要求。