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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术——惰性气体氦氖分析

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行惰性气体勘查技术实验,研究了氦氖的测试方法,实验区为高寒沼泽景观,面积150km~2,采样密度2点/km~2,采样深度60cm,采集土壤顶空气样品300件和DK-3井岩芯样品400件,应用色谱反吹技术对顶空气样品进行了惰性气体氦氖的分析。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为惰性气体异常与天然气水合物矿藏关系密切,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。实验区天然气水合物矿藏11个水合物发现井有10个位于He、Ne异常内,1个井位于异常外。分析了天然气水合物岩芯顶空气轻烃和氦氖指标的垂向分布特征,提出了天然气水合物矿藏上方土壤惰性气体的地气迁移机理。研究区近地表氦氖异常源于深部水合物矿藏和断裂构造,不受沼泽微生物的影响,是冻土区天然气水合物勘查的一种有效技术。     

海底天然气水合物赋存的间接识别标志

天然气水合物是近十多年来发现的一种新型超级洁净能源, 因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视.尽管此种化合物通常分布于大陆边缘沉积物和极地永冻层内, 但前者的水合物赋存量占据全球天然气水合物总量的90 %以上.鉴于此, 拟就该种化合物在海底沉积物中赋存的简接标志进行详细讨论, 以使人们在不进行沉积物取样或没有采集到水合物样品的情况下, 也能快速准确地确定此种化合物的分布.      

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。     

青海聚乎更钻探区天然气水合物拉曼光谱特征

了解天然气水合物的微观结构特征对水合物资源勘探和评价具有重要意义。采用显微激光拉曼光谱技术,对青海聚乎更钻探区内DK8-19、DK11-14 和DK12-13等3个站位共9个天然气水合物岩心样品进行了分析测试,探讨了钻探区天然气水合物的拉曼光谱特征。结果表明,青海聚乎更钻探区天然气水合物广泛分布,垂直方向在126.1~322.2 m范围内不连续分布,不同钻孔、不同埋深水合物样品的拉曼光谱特征基本一致,初步判断为Ⅱ型结构水合物,且为多元气体水合物。水合物客体除甲烷、乙烷、丙烷及丁烷等 烷烃外,普遍含有氮气组分。此外,在DK8-19站位埋深为126.1 m样品中发现水合物相中硫化氢组分的拉曼信号,这说明特定区域内可能存在硫化氢气体且形成了水合物。聚乎更钻探区水合 物样品拉曼光谱特征为冻土区天然气水合物成藏与分布规律研究提供了新的启示。     

热释光：一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释光勘查技术实验。实验区为高寒沼泽景观,面积150 km2,采样密度2点/km2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用热释光测量仪对土壤样品进行了热释光分析。实验结果表明,天然气水合物矿藏上方出现天然热释光高值异常,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。结合地质和地球化学勘查成果对异常进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区天然气热释光异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏。研究对天然气水合物的进一步调查具有重要的参考价值。     

Growth behavior and resource potential evaluation of gas hydrate in core fractures in Qilian Mountain permafrost area,Qinghai-Tibet Plateau

The Qilian Mountain permafrost area located in the northern of Qinghai-Tibet Plateau is a favorable place for natural gas hydrate formation and enrichment, due to its well-developed fractures and abundant gas sources. Understanding the formation and distribution of multi-component gas hydrates in fractures is crucial in accurately evaluating the hydrate reservoir resources in this area. The hydrate formation experiments were carried out using the core samples drilled from hydrate-bearing sediments in Qilian Mountain permafrost area and the multi-component gas with similar composition to natural gas hydrates in Qilian Mountain permafrost area. The formation and distribution characteristics of multi-component gas hydrates in core samples were observed in situ by X-ray Computed Tomography (X-CT) under high pressure and low temperature conditions. Results show that hydrates are mainly formed and distributed in the fractures with good connectivity. The ratios of volume of hydrates formed in fractures to the volume of fractures are about 96.8% and 60.67% in two different core samples. This indicates that the fracture surface may act as a favorable reaction site for hydrate formation in core samples. Based on the field geological data and the experimental results, it is preliminarily estimated that the inventory of methane stored in the fractured gas hydrate in Qilian Mountain permafrost area is about 8.67×10¹³ m³, with a resource abundance of 8.67×10⁸ m³/km². This study demonstrates the great resource potential of fractured gas hydrate and also provides a new way to further understand the prospect of natural gas hydrate and other oil and gas resources in Qilian Mountain permafrost area.©2023 China Geology Editorial Office.     

热释汞:一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发地球化学勘查新技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释汞勘查技术试验,试验区为高寒沼泽景观,面积150 km^2,采样密度2点/km^2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用测汞仪对土壤样品进行了热释汞分析。试验结果表明,土壤热释汞在天然气水合物矿藏边界出现高值异常,在天然气水合物上方是低值带,与烃类异常浓度范围一致,为串珠状异常模式,热释汞最大值为127.37×10^-9,平均值为32.59×10^-9,异常下限为39.24×10^-9。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区热释汞异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏,对天然气水合物进一步调查具有重要的参考价值。     

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

漠河盆地是我国冻土发育的主要地区之一,发育良好的天然气水合物成藏系统,具有天然气水合物形成的良好条件。为了圈定天然气水合物远景区,识别油气聚集体,判别天然气水合物成因,在漠河盆地冻土较发育地区开展了1∶5万天然气水合物地球化学资源调查。结果表明：(1)在森林沼泽景观区,顶空气和荧光光谱指标是天然气水合物勘查的主要指标,借鉴青海木里冻土区天然气水合物地球化学勘查成功的经验,结合AMT、地质等资料分析,元宝山凹陷是天然气水合物较为有利的远景区;(2)岩心样品甲烷碳同位素分析显示,烃类气体分异明显,浅层烃类气体基本为生物气,深部烃类气源主要为混合成因气,个别解吸气为微生物气和热解气;(3)试验性应用了分形-GIS技术,可以细致可靠地进行异常区范围划定,消除干扰因素,有效地圈定水合物远景区。