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。     

在天然气水合物地层中钻进时井内温度规程与钻井液的关系

讨论了在天然气水合物地层中钻进时正常钻进与井内温度的关系,指出了冲洗液在其中的作用,论述了井肉温度规程与冲洗液冰点、冲洗液初始温度、冲洗液循环时间、冲洗液类型和性能的关系,并提出了相应的建议。     

涿鹿盆地三维多裂隙地质模型地温场数值模拟

地温场预测是地热资源储量评价的重要前提,深部裂隙岩体渗流-传热耦合温度场研究正受到越来越多的关注。涿鹿盆地是新生代地堑式断陷盆地,地表温泉出露点多,地热资源丰富。依据实际地质调查结果和3条地球物理勘探测线解译的地质构造剖面,建立了矿场尺度的涿鹿盆地三维不平行多裂隙地质模型和地热成因模型,赋值调整参数,得到考虑地下水流动情况下多裂隙岩体渗流-传热数学模型,模型的合理性得到验证后,模拟计算了盆地内部温度场,指出盆地地热异常区集中在盆地中心蓟县系（70℃左右）和盆地北东长城系部位（90~98℃）,最后研究分析了水力梯度的变化对盆地内部温度场的影响规律。研究结果为涿鹿盆地或同类型地区地热资源勘探、评价和开发利用提供一定的依据。      

基于压电效应的随钻式能量回收装置设计

针对钻探领域中井下仪器的连续供电问题和钻杆纵向振动能量的回收问题,设计了一种基于正压电效应的新型随钻式能量回收装置。通过现场经验及地质调查报告,设计了装置的径向尺寸参数及压电片材料。基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立压电耦合模型,通过强迫振动分析得出压电片的长度范围及最佳安装位置;通过模态分析与频率响应研究,得到压电悬臂梁固有频率在到达拐点厚度之前随压电片厚度单调递增,峰值电压随压电片厚度增加呈区域性变化等规律,压电片厚度为1.2~1.4 mm时发电性能最佳,装置峰值电压为15~40 V。该设计为压电式能量回收装置应用于钻探领域的探索提供了理论支撑和设计参考。     

顶管施工中有关力学问题探讨

本文分析了土体的破坏理论和管道在顶进过程的所受力,推导了管道在顶进时所需要的合力,为设计和正确选择顶管设备提供了必要的力学计算依据。     

海洋天然气水合物分解过程中其上部地层稳定性分析

在有覆盖层的海洋天然气水合物开采过程中,由于水合物分解引起上部地层应力重新分布可能导致上部地层蠕变、坍塌、滑坡、套管变形及井口安全等事故。以海洋天然气水合物沉积层具有覆盖地层为例,利用静力学理论建立了采用控压法开采海洋天然气水合物时上部地层物性参数、井筒压力及天然气水合物分解后地层剩余支撑力之间的力学稳定性模型。从理论上讲:当K>1时,上部地层稳定;当K<1时,上部地层失稳。该力学模型可对海洋天然气水合物开采井设计及安全开采具有一定的借鉴意义。     

二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层作用效果

采用二氧化碳爆破致裂为激发干热岩储层提供了一种新的技术思路和途径。为了探究二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层的作用效果,开展了二氧化碳爆破致裂干热岩储层作用范围的数值模拟研究。考虑实际开采过程中钻井液对井壁附近干热岩储层的降温影响,采用以温差为变量的拟合函数设置损伤区储层材料参数,用洗井后井壁附近储层温度分布函数设置损伤区储层温度场,并借助炸药爆破的相关理论、公式设置爆破荷载,结合COMSOL软件模拟了二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层的过程。结果表明,二氧化碳爆破致裂干热岩过程中存在多次应力集中作用,且在炮孔附近压应力集中造成压碎区,压碎区外拉应力作用形成裂隙区;储层的初始温度以及定压片厚度都会影响二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层的作用效果,其中初始温度对爆破压碎区范围影响较大,对裂隙区范围影响较小,定压片厚度改变对压碎区范围影响较小,主要影响爆破裂隙区的分布。本研究成果可为干热岩地热能后续的开采利用提供理论支持和参考。     

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。     

冻结岩石钻进空气洗井时压缩空气的冷却和干燥问题

在冻结岩石中钻进时,使用压缩空气作为冲洗介质较之使用钻井液有很多优点。给出了冷却空气洗井钻进时井内温度的简化计算公式,按照这些计算公式可以确定空气洗井时井内任何时间、任何深度的温度和代表性关系曲线。井内温度的分布与进入钻杆柱内空气的初始温度有直接的关系,从空气压缩机中出来的压缩空气的温度很高,因此必须对其进行冷却和干燥,给出了冷却和干燥的方法和手段,提出了相应的建议。     

高温花岗岩遇水冷却后可钻性试验研究

快速冷却作用下花岗岩可钻性的研究,对提高干热岩坚硬研磨性地层的钻进效率具有重要意义。以花岗岩为研究对象,对不同温度（室温至６００℃）遇水冷却后的岩样进行了压入硬度试验、摩擦磨损试验和室内微钻试验。试验结果表明:高温与快速冷却对花岗岩的可钻性产生了显著影响,可钻性上升明显;冷却后的岩样压入硬度减小,塑性系数增大,但６００℃的花岗岩仍然处于低塑性阶段;摩擦磨损试验下对磨件胎体与岩样失重量随温度升高逐渐增大,花岗岩的研磨性越来越强;微钻试验下钻进速度加速增大,３００℃前后的上升幅度分别为２２．５％,１１０％,这是岩石力学性质劣化、结构破坏的突出 反 映。试验结果可以为干热岩等中深层地热钻井施工过程中的破岩和钻井技术提供理论指导。