天然气水合物钻探的井控工艺和参数计算

论文摘要

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。

论文目录

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