深海天然气水合物钻探取心的难点与对策

文中简要介绍了天然气水合物的性质、形成、稳定条件、分布情况以及国内外勘查研究新动向,从钻探风险、储存温度、岩样获取、钻探设备等方面分析了天然气水合物钻探取心的难点,提出了天然气水合物钻探取心有关技术问题和解决的对策,提出了国内开展天然气水合物钻探取心的工作思路,对国内开展相关技术的研究有一定的指导意义。     

深水天然气水合物钻井及取心技术

天然气水合物是石油、天然气之后的最佳替代能源,如何钻探深海的天然气水合物是勘探过程中面临的一个挑战。文章主要介绍了2007年5月国内第一次在南海1200多米的深水海底钻探天然气水合物所采用的技术,对所使用的钻井装备、钻具组合、作业程序以及4种取心工具进行了分别说明。本次天然气水合物钻井及取心技术的成功应用将对今后天然气水合物钻探作业产生积极的影响,同时对国内钻井及取心技术的发展有一定的借鉴作用。     

深海天然气水合物钻探取心技术

天然气水合物作为一种高效、清洁的新能源,已经引起世界广泛关注,由于其不稳定性,采用的钻探取心装置必须具备保真功能。简要介绍了国内外4种天然气水合物取心装置及国内取心工具研究进展,叙述了胜利石油管理局钻井工艺研究院承担国家“863计划”重大专项“天然气水合物钻探取心关键技术”采取的取心工具方案。     

天然气水合物取样技术及装置进展

天然气水合物储量巨大、分布广泛、清洁,被认为是很重要的潜在能源。在天然气水合物走向商业开发的过程中,钻探取样是获取自然条件下天然气水合物样品最直接有效的方法,是进行天然气水合物研究必不可少的手段。详细综述了目前国际上常用的5种保温保压水合物取样工具（PTCS、DSDP-PCB、ODP-PCS、FPC、HRC）和5种非保温保压取样工具（活塞取样器、USEP、FHPC、FC及重力取样器）的研发历程、结构、技术指标及应用情况。对我国天然气水合物取心技术提出了着重研究适合深水深层钻探取心的设备及工艺的发展建议,以形成我国完整的天然气水合物钻探取心技术。      

GWY194-70BB型保温保压取心工具的研制和应用

GW194-70BB型保温保压取心工具是为寻找和提升天然气水合物实物样品钻取率而研制的特殊取心工具。该工具通过内筒独立密封机构、复合真空隔热保温内筒、氮气压力补偿系统、电子多点随钻测量总成实现了岩心样品的温度保持、压力保持和海量的数据测量,解决了常规工具无法保持岩心压力和温度造成的天然气水合物实物挥发、测量数据不全等难题。在常规井实验中取得了保压成功率93%、保温率80%、温度变化率2~2.5℃/h的良好效果,现场试验表明,该工具在温度保持、压力保持方面可以完全满足天然气水合物样品的钻探与取样要求,对获取天然气水合物样品、提升天然气水合物勘探开发效果具有重要意义。     

天然气水合物钻探取心关键技术研究进展

天然气水合物是一种高效、清洁的新能源,由于它的不稳定性,采用的钻探取心装置必须具备保温保压功能。目前,国内的取样装置均是在调查船上进行作业的,仅限于在10 m之内的沉积物中取样,石油钻探用保压取心工具均无法达到该要求。国外资料调研表明,采用绳索保温保压取心方案可减少样品在起钻过程中的时间,使岩样尽量接近原始状态。简要介绍了国内外钻探取样技术的发展情况及天然气水合物取样方案的初步设想,目的是加快水合物的勘探步伐,使该清洁能源早日服务于人类。     

深海天然气水合物钻探取心钻柱振动模态分析

作为深海天然气水合物钻探取心系统必不可少的关键部件,钻柱在深海复杂环境钻探取心过程中承受着非常复杂的外力,不可避免地会产生横向振动、纵向振动、扭转振动及其耦合振动。钻柱的共振会引起钻柱本身甚至整个钻探取心系统的严重失效,进而导致无法成功获取深海天然气水合物岩心。为此,根据国内外相关振动理论的研究成果,结合深海天然气水合物钻探取心的特点,利用ANSYS有限元方法对钻柱转动过程中的横向振动、纵向振动及扭转振动进行了模态分析,确定出钻柱的固有频率和临界转速,为避免钻柱的共振提供了理论依据,同时还得出以下结论：①当外力的激振频率和钻柱的固有频率相同时,钻柱内的交变应力和振幅相当大,此时会引起钻柱的共振,整个钻柱的振动加强;②横向振动引起共振的可能性比较小,纵向振动和扭转振动引起共振的可能性较大。     

我国南海天然气水合物钻探结束

2007年6月12日，随着我国南海北部天然气水合物钻探第二航段工作的结束，中国科学家共在3个站位成功获得天然气水合物实物样品，取心发现水合物的成功率高达60％。     

我国启动天然气水合物钻探取心项目

近日，在四川成都召开了国家“863”计划专项“天然气水合物钻探取心关键技术研究”第一次工作会议，标志着我国天然气水合物钻探取心研究正式启动。这一项目的研究开发，对于我国实现可持续发展油气战略和资源接替战略，保障国家能源安全，加快开发应用清洁新能源，都将具有十分重要的战略意义和现实意义。     

天然气水合物的钻探无固相低温钻井液的研制——用于青藏高原永冻层天然气水合物的钻探

在即将实施的青藏高原永久冻土层天然气水合物的钻探中,钻井液体系的研制起着举足轻重的作用。通过对高原冻土天然气水合物的赋存环境特〖JP2〗性和钻井取心工艺技术特点的分析研究,以流体低温特性理论为指导,同时借鉴国外的先进经验,提出了以分解抑制法为基础进行低温钻井液体系设计的技术方案。在低温钻井液基础液研究的基础上,以15%NaCl溶液作为基础液研制出了满足高原冻土天然气水合物钻探要求的无固相低温钻井液体系,弥补了国内在这方面研究的不足,为实施高原冻土天然气水合物钻探做好了钻井液方面的技术准备工作。     

四川盆地震旦系灯影组天然气的差异聚集分布及其主控因素

为了揭示四川盆地震旦系灯影组油气藏之间的成生联系和古今气藏的转换机理,采用地质、地球物理与地球化学研究方法相互支撑,宏观、中观与微观研究结果相互印证的思路,利用多年来的钻探资料对该盆地灯影组天然气的差异聚集分布及其主控因素进行了研究。结果表明:①距今100 Ma以前灯影组古油藏的原油原位裂解形成早期超压古气藏,而在距今100~20 Ma期间,四川盆地持续隆升,特别是构造高点的迁移和威远构造的初步形成,使得早期超压古气藏调整形成晚期超压古气藏;②随着距今20 Ma以来隆升幅度的加大,威远构造上覆地层被快速剥蚀,盖层封盖能力大大降低,保存条件变差,致使灯影组天然气从威远构造顶部地表下三叠统嘉陵江组天窗开始泄漏和逸散,启动了四川盆地华蓥山以西地区灯影组天然气的差异聚集和逸散过程,位于资阳、金石和龙女寺—磨溪—安平店—高石梯等气藏构造圈闭溢出点以外的天然气沿灯影组顶部不整合面向威远构造运移聚集,并通过其顶部的嘉陵江组天窗向地表逸散,气藏压力系数由异常高压向正常压力过渡。四川盆地震旦系灯影组天然气的差异聚集分布模式与经典油气差异聚集理论既有相同点又有差异性,对该区天然气的勘探有着重要的启示和指导作用。     

准噶尔盆地西北缘中段石炭系火山岩油藏储层特征及其控制因素

准噶尔盆地西北缘中段石炭系火山岩油藏的储层岩性为火山熔岩、火山碎屑岩及火山沉积岩。根据孔隙与裂缝系统的配置关系,可分为孔隙型、孔隙-裂缝型、裂缝-孔隙型及裂缝型4种储层类型。油藏控制因素研究表明,区域构造作用及火山活动奠定了储层形成与分布的基础,岩性、岩相决定了储集空间的发育程度与规模,成岩作用对储层改造作用明显。在爆发相火山角砾岩、凝灰岩及喷溢相块状安山岩、玄武岩和玄武质角砾熔岩中,气孔等原生孔隙发育;火山沉积相沉凝灰岩及砂砾岩以细小原生粒间孔隙为主。区域构造作用使石炭系内部发育4种裂缝类型,其中垂直-高角度裂缝在喷溢相熔岩储层中发育,网状裂缝和层面裂缝系统则多发育于火山角砾岩、凝灰岩及沉凝灰岩互层中,砂砾岩中以发育程度低、有效性差的不规则裂缝为主。熔结、溶蚀等成岩作用对储层改造作用明显,火山碎屑沸石化和沸石溶蚀作用是油藏次生孔隙发育的主要途径,而碳酸盐、二氧化硅胶结作用及粘土矿物水化作用则降低了储层孔隙度和渗透性能。     

油气井杆管柱力学研究进展与争论

油气井杆管柱是石油钻采作业的脊梁和中枢神经。在石油与天然气工程学科中,油气井杆管柱力学是一门重要的应用基础科学。先介绍了油气井杆管柱力学的相关专著、从事油气井杆管柱力学研究学者、研究油气井杆管柱力学的方法并澄清了一些基本概念;进一步重点介绍了油气井杆管柱力学基本原理、油气井杆管柱的运动状态、油气井杆管柱动力学基本方程、油气井杆管柱的稳定性、油气井杆管柱的稳态拉力扭矩、下部钻具三维力学分析、钻柱动力学、套管柱力学分析、测试管柱力学分析、压裂注水注汽管柱力学分析、有杆泵抽油系统诊断和参数优选与节能、采气管柱的振动、管柱的冲击震动、膨胀筛(套)管力学分析、隔水管柱力学分析、振动波信号在管柱中的传播、管柱的磨损和腐蚀与冲蚀、管柱的剩余强度和疲劳强度预测等方向的进展与争论;展望了油气井杆管柱力学的重点研究方向。     

我国油气技术价值分享理论体系及其构建

为了适应中国特色社会主义分享经济的发展,遵从油气生产要素协同创造技术价值的基本特征,以及应对油气技术价值评估面临的重大挑战,基于分享经济、要素分配和技术创新等理论,从管理会计的视角探讨了我国油气技术价值分享理论体系的架构,确定了分享理论体系的设计思路与原则、建设目标和重要内容。研究结果表明：①油气技术价值分享理论建设的总体目标是形成具有中国特色的油气技术价值分享理论体系,为油气行业及国家有关部门准确评估油气科技绩效、提升激励水平,提供方法理论支持和决策参考;②油气技术价值的分享本质、分享方式与方法、分享机制、分享管理等一系列理论构成了油气技术价值分享的理论体系。进而根据中国油气产业的现状,提出了促进油气技术价值分享理论建设的措施：①加快油气技术价值评估制度建设;②建立支持油气技术价值分享的管理会计体系;③强化技术价值评估的组织与人才管理;④建立油气技术价值化的智能决策支持系统,加强技术价值评估成果的对外交流和传播平台建设。结论认为,建设油气技术价值分享理论体系有利于健全和完善油气科技创新驱动发展机制,可以为油气企业技术创新价值的评估和激励政策的制订提供理论基础和方法参考。     

高压双筒滤网式除砂器设计研究

在油气井生产过程中,随着油气资源不断从井底被开采出来,开采出来的原油含砂、含水量逐渐增加。油井除砂会对油气生产设备造成冲蚀、刺漏甚至是堵塞,使得生产设备的寿命受到较大的影响,造成严重的经济损失。在对国内外现有除砂技术研究的基础上,从经济性角度出发,展开了适用于国内油气除砂的高压双筒滤网式除砂器的设计研究。主要包括除砂器工艺流程设计与总体方案设计; 除砂器关键部件除砂筒的设计、有限元数值模拟以及除砂器工业试验。研究结果表明:所设计的高压双筒滤网式除砂器具有较高的可靠性和现场应用价值。     

深层、超深层温度及热演化历史对油气相态与生烃历史的控制作用

我国含油气盆地深层、超深层温度差异大,热演化历史复杂,目前关于温度及热演化历史对深层、超深层油气相态差异性及生烃历史的控制作用的研究较少且不系统。为此,在收集大量深层温度、压力资料的基础上,结合我国含油气盆地深层热演化历史复杂的实际情况,分析了温度、加热时间、压力对油气形成温度及相态的影响,划分了温度与压力关系类型;并在对深层、超深层热演化史类型划分的基础上,探讨了不同热历史类型盆地热演化史对油气生成及油气相态的控制作用。研究结果表明:(1)不同盆地、不同地区深层油气相态差异大,主要受深层经历的温度、加热时间、加热速率、压力、烃源岩类型等因素的影响,其中温度是油气生成及油气相态分布最重要的控制及影响因素;(2)在快速增温、加热时间较短的情况下,深层、超深层在高温下仍然可能存在油藏及凝析气藏;(3)超压对生烃及烃类的高温裂解具有抑制作用;(4)深层温度与地层压力有着密切的关系,可划分为中低温高压型、高温高压型、中温中低压型3种主要类型;(5)深层、超深层热演化史可划分为后期快速沉降增温低地温梯度型、后期快速沉降增温高地温梯度型、中后期快速增温晚期抬升降温型、前期大幅度沉降快速增温中后期大幅度抬升剥蚀降温型4种类型,不同热演化史类型盆地的深层、超深层油气相态及成藏期早晚与油气前景不同。     

层序演化对滩坝储集层成藏要素与分布的控制作用

湖相滩坝砂体储集层在中国东部渤海湾盆地古近系断陷湖盆演化过程中广泛发育。湖盆滩坝体系的形成与分布控制因素较多,着重讨论了层序地层的发育与演化对滩坝储集层的形成、分布及成藏的控制作用:构造层序控制了滩坝形成与发育时期;滩坝体系主要形成于断陷盆地二级构造层序形成的早期和断坳转换期,分布于三级层序的湖侵体系域;湖平面的升降和沉积物供给控制了滩坝四、五级旋回的形成及构成。滩坝沉积的旋回性是滩坝储集层储盖组合形成、分布以及储集层非均质性的重要控制作用之一;四级旋回内较大湖泛泥岩段作为区域或局部盖层,控制了滩坝储盖组合的形成与发育位置,在总体湖侵背景下,不同储盖组合分布范围与成藏潜力各异。图8参14     

美国重点页岩油区勘探开发进展及启示

根据美国二叠盆地、威利斯顿盆地Bakken区带、墨西哥湾盆地Eagle Ford区带等重点页岩油区的地质特征、储量、产量、钻井和开发技术进展,分析了美国页岩油的发展趋势,并总结经验启示,以期为中国页岩油的发展提供借鉴。分析表明,二叠盆地是美国页岩油储量和产量最高的地区,主要产区为Spraberry和Wolfcamp区带,未来也将处于愈加重要的地位。2020年受新冠肺炎疫情影响,美国三大主力产区油气钻机数量和页岩油产量整体呈现先下降后增加的趋势,超低油价驱动油公司采取新一轮技术革新和降本措施提高单井产量。借鉴美国页岩油勘探开发的经验,中国页岩油应优先选择成熟度较高的轻质油和凝析油展开部署,并跟踪学习美国凝析油藏的开发技术;甜点分级评价是美国页岩油高效开发的基础,在低油价下作用尤为明显;中国页岩油要实现高效开发还有很长的路要走,技术进步是页岩油降本增效的核心,因此在勘探开发初期就要重视技术攻关。建议对中国页岩油勘探开发开展全生命周期管理和地质工程一体化技术管理模式,探索出页岩油高效开发、迅速降本增效的新途径。     

多层丝网结构抑制管内气体爆炸的试验

建立了管内可燃气体燃烧爆炸和爆炸抑制的试验研究系统，该系统测试响应时间小于0.001秒，测量精度为0.5%。化学计量浓度的乙炔/空气充满整个管道，管道一端封闭一端开敞，在封闭端中心点火，研究了不同丝网层数和丝网目数对火焰传播速度和火焰淬熄的影响。研究结果表明，被丝网淬熄的临界火焰速度与丝网层数呈线性关系；将丝网层数、目数和丝网直径的乘积定义为丝网几何参数，根据试验结果得出了丝网几何参数与能够被丝网淬熄的临界火焰速度之间的关系。     

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在高压、低温环境下，多相混输管线中容易发生水合物堵塞问题。管线越长，问题越大。对海上油气田开发中广泛使用的多相混输管线，必须有效、经济地防止管线中水合物的生成，从而确保混相输送管线的正常运行。章概述了四种传统的解决方法：输送前去除油气中的水；管线加热技术；降压控制技术；使用热力学抑制剂。针对以上传统方法在经济上或技术上的缺点，介绍了添加动态抑制剂和防聚剂两种新型水合物抑制方法，并叙述了添加剂的抑制机理、种类和研究现状。水合物动态抑制剂的工业使用依赖于实验室、小试和现场多相混输管线实验结果的可重复性，以及在不同装置上的可移植性。实验发现，动态抑制剂比热力学抑制剂具有更好的经济性．某些动态抑制剂已经应用于现场油气生产与输送过程。建立可靠的水合物成核、生长和抑制微观机理模型，实验模拟多相混输条件，开发和筛选价格更低廉、性能更优良的动力学抑制剂，是今后研究工作的主要发展方向。