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《中国地质大学》 2005年
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天然气水合物地层井壁稳定性研究

宁伏龙  
【摘要】:天然气水合物是由水分子和天然气分子在一定温度和压力下形成的似冰雪状结晶化合物,又称笼形水合物或“可燃冰”。由于形成天然气水合物的气体主要为甲烷,因而也常被称为甲烷水合物。自然界中的天然气水合物主要分布在海洋的大陆边缘和陆上永冻地区,前者占了已发现数量的绝大多数。天然气水合物研究已成为当代地球科学研究和能源工业发展的一大热点,该研究涉及到新一代能源的探查开发、温室效应、全球碳循环和气候变化、古海洋、海洋地质灾害、天然气运输、油气管道堵塞、船艇能源更新和军事防御等,并有可能对地质学、环境科学和能源工业的发展产生深刻的影响。因而世界上许多国家都从各自的关注点对天然气水合物展开了广泛的调查研究。特别是近来能源短缺日益加剧,油气价格又居高不下,使得各国更加关注具有能量密度高、储量大和分布广等特点的天然气水合物,纷纷加大对其勘探和开发研究的力度。对于我国来说,本身油气资源就不足,加之经济的快速发展,导致能源缺口越来越大。专家预测到2010年我国需进口原油接近2亿吨才能满足经济发展需求,仅此一项就要花费好几百亿美元的外汇储备。加之能源结构不合理以及《京都议定书》的正式生效,都迫使我们去寻求可替代的清洁环保新能源。因此,从我国能源战略安全和经济可持续发展角度来说,也应加大对天然气水合物勘探开发的力度。 而要对赋藏在地下一定深处的天然气水合物进行勘探和开发,钻井是必不可少的。天然气水合物的热压力特性决定了此类地层钻井与一般油气地层钻井有很大不同,也导致这类地层钻井面临更加复杂的井内问题。首先在钻井(进)时,储层井壁和井底附近地层应力会释放,地层压力会降低;同时,钻头切削岩石、井底钻具与井壁及岩心的摩擦都会产生大量的热能,此外循环泥浆温度控制不当,这些都可能使孔内温度升高。因此在钻井过程中井壁地层压力和温度的变化将不可避免地导致天然气水合物发生分解。当固态水合物起胶结或骨架支撑作用时,分解本身就会使井壁坍塌。而分解产生的水增加了井壁地层的含水量,使颗粒间的联系减弱,导致井壁不稳;逸出的气体又影响了钻井液的比重和流变性,对井壁稳定愈发不利,甚至还可能引发井涌和井喷等钻井事故。其次钻井过程是一个非绝热过程,钻井液和地层之间的热交换以及水合物的分解吸热都会使井内流体温度和井壁温度发生变化,这种温度变化会影响钻井液的粘度、密度、化学稳定性、井眼周围的应力和孔隙水压力,进而影响井壁稳定和井内安全。最后分解进入井内的气体同钻井液一起上返到地面,在这过程中如果井内温压条件合适,它们又会重新在钻井管线和阀门特别是防喷器内形成水合物,导致意想不到的钻井事故发生。因此井壁稳定和井内安全控制是天然气水合物地层钻井所面临的主要难题。加之水合物地层骨架一般为未固结和半固结的砂岩或泥质砂岩,使得在此类地层钻井时井壁稳定问题尤为突出。而井壁不稳定会导致井壁坍塌,钻具卡钻,井壁破裂,泥浆漏失,以致井的报废,损失大量人力物力。据有关资料
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:P744.4

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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【参考文献】
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【共引文献】
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9 王起新;孙维吉;梁冰;赵颖;;煤层气运移双重介质气-水两相流数学模型及数值模拟[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
10 叶伟坤;孟庆山;;裸洞隧道病害形成耦合机制分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 李义贤;考虑温度作用下煤层气—水两相流运移规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宝君;国际油气勘探开发项目的风险管理研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
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10 沈海超;天然气水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究[D];中国石油大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 通讯员 田青;大港油田井壁稳定新技术填补了国内空白[N];中国石油报;2000年
5 张文鸣 通讯员 邓毅;准噶尔莫深1井钻井液获突破[N];中国石油报;2007年
6 贺晓 记者 冷春放;高压低产储层开发再添“利器”[N];中国石油报;2007年
7 特约记者 谭成庄范立凯;提速:海塔钻探主旋律[N];中国石油报;2008年
8 特约记者 唐骏华通讯员 白柱石;国际市场炼“真金”[N];中国石油报;2008年
9 特约记者 李伟;“雄关”,在大提速中跨越[N];中国石油报;2005年
10 刘春林杨红林;王储1井取心收获率高[N];中国石化报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宁伏龙;天然气水合物地层井壁稳定性研究[D];中国地质大学;2005年
2 孙士丽;具有自由液面效应的高频流固耦合问题[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 李勇;考虑流固耦合效应的整体压裂数值模拟研究[D];西南石油学院;2004年
4 王文全;薄壁结构流固耦合数值模拟及计算方法研究[D];昆明理工大学;2008年
5 王忠;坝库相互作用及抗震技术研究[D];四川大学;2001年
6 周志军;低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究[D];大庆石油学院;2003年
7 金琰;叶轮机械中若干气流激振问题的流固耦合数值研究[D];清华大学;2002年
8 李光泉;疏松砂岩油藏流固耦合流动模拟与剩余油分布研究[D];西南石油学院;2004年
9 王正茂;油藏含砂流体渗流机理及流固耦合单井数值模拟研究[D];西南石油学院;2004年
10 盖京波;舰船结构在爆炸冲击载荷作用下的局部破坏研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 潘克立;天然气水合物储层稳定性研究[D];中国石油大学;2009年
2 党小建;水轮机导叶流固耦合振动特性计算[D];西安理工大学;2004年
3 吉小艳;弧形钢闸门主框架动力稳定性的研究[D];西北农林科技大学;2004年
4 王波;撬装式自动混浆系统研究[D];西南石油学院;2004年
5 吴忆峰;基于传声损失的双层隔声窗结构参数的优化设计与分析[D];汕头大学;2005年
6 代立强;注水导致套管损坏机理及力学模型研究[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2003年
7 陆春华;液饱和多孔介质动力响应的弹塑性有限元分析[D];重庆大学;2004年
8 田杰;岩体渗流的流固耦合问题及其工程应用[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2005年
9 祖楠;考虑流固耦合时的海底管道悬跨段非线性动力分析[D];中国海洋大学;2005年
10 颜凡全;应用弹塑性流固耦合理论研究套损的影响因素地应力及流体压力 [D];大庆石油学院;2005年
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