天然气水合物钻探的井控工艺和参数计算

【摘要】： 鉴于油气资源的日益枯竭,天然气水合物作为一后备新能源已成为目前世界各国关注的焦点。钻探水合物藏时,水合物生成与分解引起的井控难题是阻碍其发展的主要难题之一。本文对天然气水合物钻探井控工艺技术进行探索性研究,旨在为未来钻探水合物藏提供理论依据和技术支撑。 通过实验研究,得到了水合物分解时在不同温度及压力条件下的气体生成量随时间的变化关系,得到了适合水合物钻探井控过程中水合物分解速度模型,为研究水合物钻探井控工艺技术奠定了基础。 针对天然气水合物钻探的特征,综合考虑水合物相变的影响,通过理论分析与推导,建立了水合物钻探井筒多相流流动模型,采用数值方法对模型中的方程组进行了求解,并通过一个算例验证了所建模型,得出的计算结果与理论基本吻合,该模型的建立为水合物钻探水力参数计算打下了基础。 综合分析了海洋天然气水合物钻探及井控相关工艺技术难题,提出了适用于水合物钻探的工艺技术和相关的设备配置;根据水合物的分解特征提出了钻探中如何抑制水合物分解的方法,并针对水合物钻探出现的气侵和溢流问题提出了相应的控制方法以及压井方法和配套的设备。在常规海洋钻井水力参数计算的基础上,结合水合物钻探的工艺技术特征,建立了水合物钻探水力参数计算模型并得到了循环压耗的计算公式及压井参数的计算方法。本文的研究成果可为我国今后开展海洋天然气水合物的钻探提供一定参考价值。 【关键词】：天然气水合物 多相流 井控 水力参数
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-26
• 1.1 天然气水合物概况10-11
• 1.2 天然气水合物的结构11-12
• 1.3 天然气水合物的形成12-14
• 1.4 国内外研究现状14-19
• 1.4.1 天然气水合物研究进展14-15
• 1.4.2 水合物生成与分解研究现状15-17
• 1.4.3 水合物钻探研究进展17-18
• 1.4.4 水合物钻探井控研究进展18-19
• 1.5 可用于水合物钻探的控制压力钻井技术19-25
• 1.5.1 双梯度钻井技术20-22
• 1.5.2 泥浆帽钻井22-24
• 1.5.3 井底压力恒定24-25
• 1.5.4 健康、安全、环境（HSE）MPD25
• 1.6 本文研究内容及必要性25-26
• 第二章 井筒中水合物生成与分解条件及规律26-41
• 2.1 相平衡条件26-28
• 2.2 天然气水合物生成速度确定28-30
• 2.3 天然气水合物分解速度确定30-32
• 2.3.1 热分解模型31
• 2.3.2 降压模型31-32
• 2.4 水合物相变及生成与分解量的实验研究32-35
• 2.4.1 实验装置33-34
• 2.4.2 实验方法34-35
• 2.4.3 实验过程35
• 2.5 实验结果分析35-39
• 2.5.1 相态曲线36-37
• 2.5.2 水合物分解速度确定37-39
• 2.6 小结39-41
• 第三章 水合物钻探井筒多相流动模型41-54
• 3.1 概述41-42
• 3.2 井筒多相流动模型42-43
• 3.2.1 连续性方程42
• 3.2.2 动量方程42-43
• 3.2.3 能量方程43
• 3.3 方程组的求解43-46
• 3.3.1 初始条件43-44
• 3.3.2 边界条件44-45
• 3.3.3 求解过程45-46
• 3.4 井底压力计算46-48
• 3.5 计算实例48-53
• 3.6 小结53-54
• 第四章 水合物钻探及井控工艺技术54-65
• 4.1 概述54-55
• 4.2 水合物钻探技术55-58
• 4.2.1 钻探技术56-57
• 4.2.2 主要装置设备57-58
• 4.3 抑制水合物藏分解的方法58-60
• 4.3.1 压力控制法59
• 4.3.2 温度/压力控制法59
• 4.3.3 化学稳定法59-60
• 4.4 水合物钻探井控工艺技术60-64
• 4.4.1 气侵和溢流及其控制方法60-61
• 4.4.2 压井方法61-62
• 4.4.3 井控设备62-64
• 4.5 小结64-65
• 第五章 水合物钻探水力参数计算65-77
• 5.1 钻头水力参数计算65-67
• 5.1.1 射流水力参数计算65-66
• 5.1.2 钻头压力降及水功率计算66-67
• 5.2 循环压耗计算67-71
• 5.2.1 钻井液流型的选择67-68
• 5.2.2 钻井液流态的判别68-69
• 5.2.3 地面管汇压耗计算69
• 5.2.4 钻具内压耗计算69
• 5.2.5 环空压耗计算69-71
• 5.2.6 循环系统总压耗计算71
• 5.3 压井参数计算71-76
• 5.3.1 关井立压的确定71-73
• 5.3.2 压井水力参数计算73-76
• 5.4 小结76-77
• 结论与建议77-78
• 结论77
• 建议77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果82-83
• 致谢83

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