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钻井液侵入含天然气水合物地层的机理与特征分析 总被引：4，自引：1，他引：3
海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水合物分解是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。分析了天然气水合物在多孔介质中的分解特性,指出了多孔介质中天然气水合物分解的影响因素,通过钻井液侵入含天然气水合物地层与侵入常规油气地层的比较,提出了借鉴天然气水合物开采渗流模型建立钻井液侵入数值模型的思路。 相似文献
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海洋含水合物地层往往是具有渗透性的多孔介质体,钻井过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,水基钻井液驱替侵入水合物地层和温差下热传导导致的水合物分解这二者是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。在综合分析钻井液侵入含水合物地层特性的基础上,结合水合物开采数值模拟以及常规油气藏钻井液侵入模型,建立了一维径向钻井液侵入含水合物地层的侵入模型。利用编程,分析了钻井液侵入水合物地层时地层压力、各相饱和度和温度的分布规律。 相似文献
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海洋天然气水合物钻井的硅酸盐钻井液研究 总被引：2，自引：0，他引：2
在海洋含天然气水合物地层中钻进时,遇到的问题有水合物在井底的分解和管线内的再生成,以及井壁稳定和井涌的问题。配制合适的钻井液是解决上述问题的关键。通过大量实验,得到一种加入无机盐和动力学抑制剂的稀硅酸盐钻井液,并通过实验对其性能进行评价。结果表明:配制的硅酸盐钻井液不仅能满足常规钻井液携带岩屑和清洁井眼的要求,还能有效抑制井壁岩层的水化,抑制水合物地层的分解,以及控制水合物在管线内的再生成;因此可以满足深水含水合物地层钻进的要求,确保水合物地层钻探安全高效地进行。 相似文献
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目前,国内外学者对钻井液侵入水合物地层的室内实验模拟研究停留在较小尺度上且可靠性难以验证,尚需利用与实际地层物性参数较为贴近的沉积物模型, 开展大尺度的实验模拟,为改善水合物地层钻井过程中钻井液工艺和测井准确识别与评价水合物储层提供依据.根据墨西哥湾水合物地层主要物性参数指标压制了相应的人造岩心,进行了人造岩心钻井液侵入实验.结果表明:水合物在加热分解过程中,温度与压力呈上升趋势,而电阻率先升高后下降,水合物相平衡条件不仅与温压条件有关,还受孔隙水盐度不断变化的影响。钻井液侵入岩心过程中,压力的传递速率快于热量的传递,易使原始岩心孔隙中的水、气在压力升高而温度尚未改变的情况下生成二次水合物.钻井液温度是水合物分解的主要因素,而压差有利于提高孔隙水压力,保持水合物的稳定.高密度钻井液虽有利于形成高压差和抑制水合物在钻井液中形成,但也会导致钻井液低侵并使井周水合物更易分解.因此,在实际水合物地层钻井中,为了减少钻井安全事故,应在安全密度窗口范围内尽可能提高钻井液密度,选用温度较低的钻井液并加入一定量的动力学抑制剂或防漏失剂.电阻率测井应该选用随钻测井方式或者深侧向测井值,从而避免因水合物分解导致的测井失真. 相似文献
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SDS和THF对甲烷水合物合成影响的实验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
甲烷水合物的人工合成是实验室内进行水合物模拟地层钻探研究的关键步骤。利用水合物合成及模拟微钻实验系统,分别进行了加入少量十二烷基硫酸钠(SDS)和四氢呋喃(THF)的甲烷水合物人工合成试验。通过对比实验,分析研究了SDS和THF对甲烷水合物生成速度及生成量的影响。实验表明,在纯水体系中加入微量的SDS和THF,不仅能够促进甲烷水合物快速成核,还可以增加甲烷水合物的合成量,从而节省了大量的实验时间,这也便于对含水合物沉积地层钻探钻井液设计和水合物模拟地层微钻实验的深入研究。 相似文献
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在海洋含天然气水合物地层中钻进时,水合物的分解会导致井壁不稳定、钻井液性能降低和管道内生成水合物塞等一系列问题,对安全钻井作业造成了很大风险。采取适合于海洋天然气水合物地层钻井的钻井液,最大限度控制水合物的分解是解决天然气水合物安全钻井的关键。本文采用了课题组研制的一套天然气水合物钻井模拟实验系统,利用此实验系统在不同温度压力条件下人工合成水合物样品,然后加入配置的一种稀硅酸盐钻井液,考察了水合物样品在不同分解条件下(加热、降压)的分解情况进行了对比和分析研究,结果表明此钻井液配方具有良好的抑制水合物分解的能力,能够应用于海洋水合物地层钻井。 相似文献
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天然气水合物具有巨大的潜在经济和环境价值,其开发利用对国家能源安全和实现国家碳达峰碳中和的“双碳目标”具有战略意义。我国天然气水合物资源主要分布于南海海域,海洋环境的复杂性和隐蔽性使工程测量数据具有较大不确定性,影响钻井安全。目前未见有水合物储层井壁稳定可靠度研究。为定量评估在我国南海神狐海域水合物储层钻井风险,基于水合物储层钻井井壁稳定解析理论和南海神狐海域具体地质条件,结合可靠度分析方法中的改进一次二阶矩法和响应面法,研究南海神狐海域水合物储层钻井井壁失稳概率分布特征,分析该海域井壁失稳概率及安全钻井液压力窗口对主要参数均值和不确定性的敏感性,结果表明：（1）若测量数据足够精确,在我国南海神狐海域水合物储层进行钻井活动的安全性较高,安全钻井液压力窗口也较大。测量数据的不确定性增大将使井壁失稳概率显著升高,缩窄安全钻井液压力窗口。（2）较低的钻井液温度对降低井壁失稳概率略有帮助,且能明显地扩大安全钻井液压力窗口。（3）5个主要参数的均值和不确定性对井壁失稳概率的影响次序相同,均为初始地应力>初始内摩擦角>弹性模量比>初始黏聚力>初始弹性模量。实际工程中对初始地... 相似文献
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固井作业是能源开采过程中的一道重要工序,当深水油气固井遇到水合物地层时,固井水泥浆水化放热会引起近井壁储层中水合物分解和产生高压气水反侵,从而严重影响固井质量,甚至导致固井报废和井壁失稳,为减小和避免水合物分解的不利影响,明确不同固井工艺条件下水合物储层的物性响应和高压气水反侵规律是关键。以南海神狐海域水合物钻探工程GMGS-1中SH2站位勘探井为研究对象,建立固井二维数值模型,采用TOUGH+HYDRATE数值模拟软件再现固井水泥浆侵入和水化过程,分析过程中近井壁储层物性响应规律,得出南海水合物储层不同固井压差与水泥浆放热速率条件下高压气水反侵的临界条件判别曲线,并创新性地采用“连续分段模拟”思路解决水泥浆的动态放热问题。结果表明:水泥浆初凝之前主要可分为诱导、分解和二次水合物生成3个阶段;侵入行为主要发生在保压时期,当压力卸去后侵入深度基本不再增加;水化放热造成的温度升高导致水合物大量分解,产生的高压气水向四周运移,而压力卸去之后,高压气水向环空方向反侵的趋势更加明显;水化放热速率越大,固井压差越小,气水反侵发生的可能性越大,发生时间越早。对于浅部水合物储层,降低固井水泥浆水化热可有效减少反侵现象的发生,提高固井质量,而对于埋藏较深的储层可在破裂压力范围内同时使用较高的固井压差。本研究对水合物地层固井工艺参数优选具有良好的指导和借鉴作用。 相似文献
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随着全球对天然气水合物勘探与开发的关注越来越多, 水合物地层钻井技术的研究也得到了日益重视.但是, 水合物地层钻井存在井内水合物分解与重新生成从而影响井内安全的严重问题.为了解决这一问题, 针对水合物地层的钻井特点, 结合现有的纳米材料, 通过大量实验优选出一种适合海洋天然气水合物地层钻井用的纳米SiO2钻井液: 海水+2%纳米SiO2+3%膨润土+1%Na-CMC+3%SMP-2+1%PVP(K90)+2%KCl, 并对其低温常规性能和水合物生成抑制性能进行了实验评价.实验结果表明, 该钻井液具有适中的密度、良好的低温流变性和泥页岩水化抑制性, 并能够长时间有效抑制近井壁地层中的水合物分解气在钻井液循环系统中重新生成水合物, 有利于保障井内安全和钻井作业的顺利实施. 相似文献
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在钻进水合物地层过程中,井壁附近水合物的分解和环空中水合物的分解与再形成,很可能会引起井壁失稳坍塌以及环空堵塞等复杂情况,从而影响钻井的顺利进行。在此过程中,由各组分相互作用形成的钻井液微观结构起到了至关重要的作用。但由于多组分钻井液的微观结构非常复杂,文中仅针对组分简单的水基聚合物钻井液(NaCl、CMC、PVPK90相互组合),考虑钻井液在井底钻头与环空处所受的不同剪切作用(分别为600r/min和6000r/min),结合冷冻干燥方法,利用扫描电子显微镜观测了这两种剪切作用后不同组分的水基聚合物钻井液相应的微观结构。结果表明,聚合物分子以网络骨架结构形式悬浮于钻井液中,一小部分水分子、无机盐离子等被吸附在聚合物骨架结构表面上,大部分水分子、无机盐离子等小分子物质游离于聚合物网络骨架孔隙中;对于环空中含水合物的岩屑,热量主要通过网络骨架结构的热传导与充填其中流体的对流导热而传递至岩屑表面,而后通过热传导进一步向岩屑内部传递;钻井液的微观结构随着剪切作用、浓度与组分的改变而发生变化,这就对上述的传热过程产生影响,进而对钻井液中水合物分解的传热特性产生影响。 相似文献
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考虑地层各向异性井壁稳定性研究对地质特征复杂的非常规油气储层开发意义重大,在对国内外近10年相关研究成果调研基础上对其主要进展进行了综述。影响井壁稳定性的地层各向异性因素包括:区域地应力大小、区域应力性质、岩石物理力学参数差异、井身结构、水化膨胀、微裂缝及弱层理盘角度等。详细梳理了各单因素对井壁稳定性的影响机制,地层应力系统及岩石强度对井壁稳定性的影响最大。对于具弱层理盘地层,沿不同钻井方向岩石强度差异较大;沿弱层理面地层容易发生水化膨胀,且往往微裂缝发育,井壁容易失稳,因此应采用高抑制钻井液体系或油基钻井液。在复杂地层钻井过程中,以上各单因素相伴而生,进行各单因素耦合条件下井壁稳定性分析对合理制定应对策略具有重要意义。加强考虑地层各向异性井壁稳定性基础理论、数值模拟及基于三维可视化建模的近实时井壁稳定动态模拟预测研究是该研究在未来的主要发展方向。 相似文献
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海底天然气水合物地层钻探甲酸盐钻井液实验 总被引：1，自引：0，他引：1
在海底含天然气水合物地层钻进时, 水合物的分解和进入泥浆循环系统的天然气重新生成水合物是影响钻井安全的主要因素.为获得确保在水合物地层安全钻进的钻井液, 利用“天然气水合物模拟实验系统”研究评价: 粘土对甲酸盐钻井液低温流变性的影响、甲酸盐无土钻井液的低温流变性和动力学抑制剂PVPK-30、PVPK-90的水合物抑制效果.表明: 加入粘土的甲酸盐钻井液在低温条件下粘、切增长较快; 甲酸盐无土钻井液在低温条件下, 流变参数变化不大; 在-4℃和18MPa附近压力的实验条件下, PVPK-90抑制性能优于PVPK-30;加入1%PVPK-90的甲酸盐无土钻井液抑制效果良好. 相似文献
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基于三维快速拉格朗日有限差分法多孔介质流固耦合理论及弹塑性极限平衡理论,根据羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程QK-2井实钻资料,分析在渗流条件下井壁失稳机理,并对失稳段井壁稳定性进行了数值模拟分析,研究在不同钻井液密度下井径周围围岩应力分布和井眼坍塌或拉裂变形规律,为羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程确定地层不坍塌（不缩径）、不压漏的钻井液安全密度窗口,以便为钻井井身结构设计及合理钻井液密度的确定提供依据。 相似文献
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井眼压力高于地层压力会导致泥浆侵入,电阻率测井响应受到泥浆侵入的影响而不能真正反映地层的电阻率特性。笔者依据双侧向电阻率测井的基本机理,气-水两相渗流方程及传导对流方程,进行仿真模拟,得到泥浆侵入高矿化度致密气层的二维轴对称模型。研究含水饱和度、地层电阻率以及深浅侧向井壁电场分布随侵入时间的变化规律。研究发现:随着侵入时间的增加,含水饱和度增大,地层电阻率减小;泥浆侵入对致密气层深浅侧向测井响应都产生一定的影响,导致致密气层深浅侧向电阻率幅度差比常规储层深浅侧向电阻率幅度差大,幅度差峰值出现较早。 相似文献
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雷达测井是一种新型的高频电磁波测井方法,实际测井时其信号会受到钻井液、泥浆侵入及井筒结构的影响。建立了泥浆侵入环境下的裸眼井雷达测井模型,采用数值模拟的方法对泥浆侵入环境下的电磁波传播特性进行了研究,分析了井下几个关键参数对雷达接收信号的影响。研究结果表明:储层中传播的电磁波呈现出耳郭状明暗交替的波阵面特征,使得接收波形较为复杂;过大的天线收发间距会影响侵入前缘反射波成分的正确提取,泥浆层的厚度对于电磁信号的衰减有影响,泥浆矿化度对于信号的衰减和相位畸变影响很大。因此建议在实际测井时应合理地设计收发天线间距,并尽量使井下天线靠近井壁,雷达测井的有效使用应该限制在淡水泥浆钻井的储层环境中。 相似文献
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科学钻探深井结晶岩处在高地应力、高地层压力和高地温的“三高”环境中,自身的结构特征和物化特性会发生根本性变化,因温度变化引起的应力变化极易导致井壁失稳。本文依据温压耦合影响下坍塌压力和破裂压力计算模式,确定不同井壁温度下的安全钻井液密度窗口,通过FLAC3D开展温压耦合影响下井壁稳定数值模拟,分析在不同钻井液密度下井眼打开后不同时间的井壁周边温度和井壁稳定变化情况。结果表明：地层弹性参数对地层破裂压力的影响较大,对于花岗岩此类弹性模量较大的结晶岩,温度变化对破裂压力影响更大;井壁处附加应力受温度变化的影响程度：附加周向应力>附加径向应力>附加垂向应力;在最小主应力方向的井壁周边地层等效应力与钻井液密度呈正比关系,在最大主应力方向呈反比关系。 相似文献
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环境温度和孔隙压力对含水合物沉积物的力学特性存在重要影响,深刻揭示温度和孔隙压力对含水合物沉积物力学特性的影响机制并对其进行有效地模拟是含水合物地层稳定性评估的前提。在分析温度和孔隙压力变化对含水合物沉积物的力学特性影响机制的基础上,引入温压条件参数来考虑温度和孔隙压力变化对含水合物沉积物力学特性的影响,建立了考虑温度和孔隙压力影响的损伤本构模型。模型假设含水合物沉积物微元强度服从Weibull分布,采用Drucker-Prager强度准则描述微元强度,建立了损伤因子的演化规律。此外,还提供了一套模型参数的确定方法。通过一系列不同温度压力条件下的含水合物沉积物的三轴压缩试验结果对模型进行校核和验证,结果表明,该模型能很好地模拟含水合物沉积物的应力-应变关系,并且能较好地考虑水合物含量、环境温度和孔隙压力对含水合物沉积物的力学特性的影响。 相似文献
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