天然氣水合物儲(chǔ)層剪切強(qiáng)度及井壁穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著油氣能源需求的不斷增長(zhǎng)和天然氣水合物藏勘探的不斷深入,商業(yè)開(kāi)發(fā)天然氣水合物已列入議事日程。由于天然氣水合物分解前后,水合物賦存地層的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化,導(dǎo)致水合物鉆井中發(fā)生井壁破壞的可能性明顯增加,因此研究水合物儲(chǔ)層的力學(xué)性質(zhì)和井壁穩(wěn)定性問(wèn)題很有必要。本論文針對(duì)水合物鉆井中保持井壁穩(wěn)定這一技術(shù)問(wèn)題,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究的方法測(cè)定了水合物儲(chǔ)層的剪切強(qiáng)度,分析了水合物鉆井中保持井壁穩(wěn)定的溫度壓力控制,以期對(duì)水合物的安全開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)

2、支持。
　　 文中研究了天然氣水合物的儲(chǔ)層物理性質(zhì),對(duì)儲(chǔ)層孔隙度、飽和度、滲透率、導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外水合物剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,自主研制了天然氣水合物儲(chǔ)層剪切強(qiáng)度儀,該儀器可以提供水合物穩(wěn)定存在的低溫高壓環(huán)境,并在此環(huán)境中對(duì)水合物填砂模型進(jìn)行直接剪切,測(cè)定了不同水合物飽和度下的剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水合物儲(chǔ)層的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角隨著水合物飽和度增加而增加,通過(guò)實(shí)驗(yàn)曲線的回歸,得到了內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦

3、角隨水合物飽和度的變化關(guān)系式,為計(jì)算水合物層井壁坍塌壓力提供了參數(shù)。
　　 通過(guò)研究水合物鉆井中保持井壁穩(wěn)定的方法發(fā)現(xiàn),如何確定并控制鉆井液的低溫高密度是解決問(wèn)題的關(guān)鍵,文中在考慮巖屑和地層中水合物分解的情況下,基于質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒原理和傳熱學(xué)理論,利用微元分析和有限差分的方法,建立了環(huán)空氣液兩相流體的溫度壓力分布模型,編程求解模型并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的敏感性分析。將求取的環(huán)空溫度壓力值與水合物相態(tài)曲線和鉆井液安全密度窗口進(jìn)行對(duì)比