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天然气水合物赋存地层钻井液试验研究

张凌  
【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具有笼状结构的似冰雪状结晶化合物。由于形成天然气水合物的气体主要为甲烷,通常也被称为甲烷水合物,其在自然界中主要分布于世界洋底和陆地或大陆架上的永久冻土带。 随着我国国民经济的迅猛发展,能源消耗的迅速提高和我国以煤炭为主的能源消费结构,都将导致严重的环境问题。这就迫使我们必须大力开发和应用新型可替代能源,保持能源的可持续发展。天然气水合物被认为是21世纪潜在的新能源。自然界中,大量储存在天然气水合物中的甲烷等烃类提供的能源数量为其它所有化石燃料的2倍。根据前期勘探资料分析,我国南海天然气水合物资源量可达700亿吨。因此,天然气水合物对缓解我国能源短缺危机,保障国家能源战略安全和国民经济健康稳定发展都无疑具有重要的战略意义。 当水合物形成时,造成深海油气生产装置和众多的油气管道中的堵塞,给油气钻进和生产操作带来严重危害。此外,由于稳定条件的破坏而引起天然气水合物的分解可能导致地质灾害。同时,甲烷是一种温室效应极强的温室气体,天然气水合物分解所释放的甲烷可能对全球气候的变化产生很大的影响。目前,天然气水合物已越来越为世界各国所关注。在第五届(2005)天然气水合物国际会议上就提出了以下的研究主题:动力学和输送现象;结构和物理性质:勘探、资源和环境;工业应用(现在和将来的技术):热力学方面。 21世纪以来,天然气水合物的勘探开发已成为全球性竞争的焦点,从某种程度上反映了一个国家的综合国力和可持续发展潜力。天然气水合物的性质特点和赋存地层的特殊性决定了在此类地层钻井时将会面临比在一般油气地层中钻井更加复杂的井壁失稳、井涌甚至井喷等井眼稳定问题,这将导致钻井成本大幅度增加,进而影响天然气水合物勘探开发。因此,天然气水合物勘探开发的难点主要在于能否建立完善的钻探(井)理论和技术。 冻土和深水油气及水合物赋存地层钻进过程中遇到的问题可以归结为水合物的形成和分解。水合物的形成主要是指在钻井液中和防喷器内由于降温和增压所形成的水合物,而水合物的分解主要是指赋存地层的水合物由于受热、降压以及相平衡稳定条件的改变所引起的分解。 在钻进系统中,钻井液中水合物一旦形成则会堵塞钻井液循环通道(类似于油气输送管道中形成的水合物堵塞)或钻进系统的其他管路的堵塞,会导致一系列井内事故,如卡


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