天然气水合物保温保压取心工具研制及现场试验

天然气水合物一般赋存在深海海底浅层地层中，受扰动易分解，采用常规取心工具难以取得样品，为此进行了天然气水合物保温保压取心工具的研制与现场试验。采用三维设计软件设计了绳索式天然气水合物保温保压取心工具整体结构，介绍了伸缩插入式、活塞射入式、冲击器冲击式和马达旋转式4种类型取心工具的具体结构和工作原理；为使研制的取心工具具有保持温度和压力、压力补偿、快速打捞和减小取心扰动等功能，研究了保温保压取心关键技术。通过室内模拟分析保压密封阀、保温筒、压力补偿装置、岩心管、绳索打捞回收装置等关键部件，证明保压密封阀可保压30.0 MPa，保温筒采取填充隔热复合材料二氧化硅气凝胶的方式，受环境温度的影响减小，其他部件的性能也都符合设计要求。南海LW3区块天然气水合物赋存区2口井13回次的取样试验结果表明，研制的绳索式天然气水合物保温保压取心工具能够成功取心，为国内天然气水合物的自主勘探取心提供了技术支撑。      

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。     

天然气水合物取样器球阀结构的设计和气囊的应用

天然气水合物(NGH)是21世纪潜在的新能源,对NGH的勘探工作目前仍处于调查和摸索阶段,该工作面临的一大问题是如何有效地、高保真地取出水合物岩心.介绍了现阶段NGH的采样工具--保温保压取样器的基本情况及优缺点,分析探索了提高取样器保温和保压性能的方法.提出了2种材料和一种技术的应用,即在保温部分采用陶瓷材料,并结合半导体制冷技术;在保压部分采用气囊原理,并对球阀结构进行了改进设计.     

天然气水合物深水深孔钻探取心系统研制

海底天然气水合物在低温（0～10 ℃）、高压（大于10 MPa）、有充分的烃类连续补给并在水参与的条件下形成。对其常规取心和提取到地面的过程中,伴随温度压力的改变,很容易从固态变为气态,造成天然气散失而影响储层评价的可靠性。为此优选超高真空绝热方式设计金属保温筒和压力补偿方式实现保温保压功能,进而研制成功了天然气水合物深水深孔钻探取心系统：在取心实施过程中,利用取心专用钻杆将绳索取心内筒组合送入海底进行取心作业,取心结束后,从井口放入绳索提起取心内筒总成,带动活塞上行,产生负压使球阀关闭,实现保温保压取心;当需要进行全面钻进时,从井口投入全面钻进钻头塞堵塞流道,实现取心钻头快速钻进;连续取心时,用绳索提出钻头塞组合,然后投入取心内筒总成,实现取心作业。在胜利油田浅海区域成功地进行了该取心系统工作性能试验和现场模拟试验,结果证明：该系统能够实现保温保压取心的目的。     

海洋天然气水合物保温保压取样钻具研制

天然气水合物作为一种新型清洁能源,广泛地分布在海底地层中.为了摸清我国海域天然气水合物的分布及储量,前期必须进行大量的钻探取样工作.鉴于天然气水合物特殊的赋存环境及物化特性,为了在取样过程中避免天然气水合物的分解,需要采用保真取样器来获取岩样.为此,研发了一种海洋天然气水合物保温保压取样钻具.该钻具采用了"板阀—脱钩机...     

“天然气水合物钻探取芯工程样机及配套技术”通关

正2018年6月26日,胜利石油工程公司承担的国家863课题"天然气水合物钻探取芯工程样机及配套技术"顺利通过了国家863计划海洋技术领域办公室组织的验收。该项目于2013年1月立项,2017年12月结题。经过5年攻关研究,该项目自主研制成功了系列海洋天然气水合物钻探取芯工具和岩芯后处理技术及配套装备,形成了深水天然气水合物钻探取芯工艺技术,研发的保温保压取芯技术与装备在南海水深1310m水合物富集层完成2口井13回次的保压保温取芯试验,     

气井带压作业中水合物的形成及预防措施

天然气水合物是由水和天然气在一定的温度和压力条件下形成的结晶化合物。气井带压作业过程中井筒内、井口防喷器及泄压阀处易形成天然气水合物,一旦形成可能导致难以处理的工程复杂情况,包括带压起管柱投堵时影响内密封效果、造成管柱上提下放时发生阻卡、导致环空密封压力失控等,尤其在气温较低时,因水合物导致的安全风险愈发突出。为降低气井带压作业中水合物带来的安全风险,从天然气水合物形成原因出发,结合现场实际分析气井带压作业中水合物形成的主要位置及影响,并根据现场试验及理论分析提出预防措施:①向入井管柱内注入水合物抑制剂或向环空内注入水合物抑制剂;②通过降低井筒压力至水合物形成压力以下,改变天然气水合物稳定的相平衡状态,促使水合物发生分解;③带压作业期间通过增大气井产量提高井筒温度;④使用蒸汽管线缠绕在防喷器及泄压管线上进行加热或优化带压作业补泄压系统。该措施能有效预防气井带压作业中天然气水合物的形成,为气井带压作业中水合物的预防提供有力的技术支持。     

保压储气取心工具设计研究

现有取心工具取出的岩心在提升到地面时脱离了其原有地层环境,使得岩心分析存在一定偏差,对油气勘探开发的决策产生影响。保压储气取心工具是为了维持岩心所在地层压力和储存地层中天然气水合物而研制的一种特殊取心工具。该工具在岩心爪组合件外套接了密封腔,钻具上提时密封腔密封内筒空间实现保压,这样能够极大减小岩心由于脱离原地层环境而产生岩心分析偏差的状况,使得油气勘探能够更加精准,同时该取心工具在内筒和旋转总成之间设置了用于收集取心地层油气的储气腔,能够进一步为油气勘探提供可靠的分析依据。     

天然气水合物保温保压筒最佳长度选择

天然气水合物已成为21世纪继煤、石油等生物化石燃料之后的又一清洁高效的新能源,对其开发研究也越来越得到广泛关注。对天然气水合物钻探取心机构中发生桩效应的相关情况进行了介绍,分析计算了天然气水合物钻探取心机构中保温保压筒最佳长度,并得出了相应结论。     

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。      

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。     

天然气水合物储气量及分解安全性研究

利用可视化实验设备，研究了表面活性剂T40、T80及其复配溶液构成的5组反应体系中Ⅱ型气体水合物的储气及其分解情况，利用定温压力搜索法测定了水合物分解热平衡条件，并运用含气率、分解速度及分解热理论对实验数据进行了计算。结果表明，合成的天然气水合物样品含气率高、分解速度小。从传质和传热两方面分别分析了表面活性剂和水合物分解热对实验体系中气体-溶液-天然气水合物三者界面之间物质和热量传递过程的影响；分析结果表明：适当表面活性剂的加入有利于提高天然气水合物的储气量，水合物的高分解热是其分解速度低的主要原因。水合物的高储气性和分解安全性为天然气水合物储运技术的实践奠定了基础。     

天然气水合物二次生成及渗透率变化对降压开采的影响

在 考虑天然气水合物二次生成及渗透率变化的基础上,建立了实验室尺度下的天然气水合物降压开采数学模型。利用该数学模型,对天然气水合物降压开采过程中的水合物二次生成进行了模拟,并分析评价了水合物二次生成及渗透率变化对水合物分解产气的影响。模拟结果表明:水合物二次生成主要局限于降压产气出口附近,二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化;同时,水合物二次生成会导致产气速率大幅降低、产气持续时间延长和系统压力急剧增加,但累积产气量不受其影响。研究发现,不同于纯降压产气过程,在水合物二次生成的情形下,产气受出口压力的影响较大,而初始温度对产气的影 响较小。     

天然气水合物储层导电特性模拟与饱和度计算

由于天然气水合物只能在低温高压环境下保持稳定,导致以原状天然气水合物岩石样品进行岩石岩电测试较为困难,用阿尔奇公式计算的饱和度误差会比较大。为了提高天然气水合物饱和度的计算精度,建立了反映天然气水合物储层结构特征的逾渗网络模型。根据Kirchhoff连续性方程和各节点、线的电导率,通过Cholesky分解算法计算网络模型中的电流参数。通过数值模拟研究了水合物饱和度、地层水矿化度和黏土矿物含量对天然气水合物储层数字岩心的影响,并根据模拟结果建立了修正的阿尔奇公式。模拟结果表明,数字岩心的电阻率随水合物饱和度的增加呈指数增长。随着地层水电导率的增大,天然气水合物数字岩心的电阻率呈线性减小。随着黏土矿物含量增加,岩心电阻率呈负指数下降趋势,当孔隙度、黏土矿物含量较低时,天然气水合物饱和度对数字岩心电阻率的影响较大。利用修正前后的Archie公式,对南海神狐地区W18井的测井资料进行了水合物饱和度估算。修正前的计算结果相对误差为33.2%,修正后为22.5%,说明修正后的饱和度公式精度有明显提高。     

深水井开采制度对天然气水合物分解的影响

深水井生产过程中,当地层高温流体流向井口时,由于温差的存在,会通过井筒向地层传递热量,破坏水合物地层的原始温度和压力环境,诱发水合物分解并产生大量甲烷气,导致突增的附加高压直接作用于水泥环,甚至会引发地层失稳、海底滑坡等灾害,严重威胁深水井的井筒完整性.鉴于此,基于传热学理论建立了井筒温度场模型,计算水泥环第二胶结面温...     

浅析H2S和CO2对特高含硫天然气水化物形成温度的影响

经过计算分析比较，特高含硫天然气水化物形成温度比不含硫天然气水化物形成温度高。对特高含硫天然气而言，硫化氢含量越高，对水化物形成温度影响越大，且随压力的降低，硫化氢含量越高对水化物形成温度影响得越大。其中二氧化碳含量的高低，对水化物形成温度影响不大。     

高含硫气井保温保压取样系统设计

设计了一套适用于6500 m井深的高含硫气井保温保压取样系统。该系统由井下取样器和地面转运器组成,能够实现高含硫气井取样及长时间保温保压转运,以保持样品的真实理化性态,提高PVT试验的有效性。井下取样器利用时钟控制器实现气样的自动采集和状态参数的全程记录,采用真空保温夹层结构和隔热涂层设计来实现井内取样过程的保温保压功能,同时将井下取样的结构设计成由电气控制舱与采气舱组成的可拆卸结构,方便地面转运。地面转运器为密封筒体结构,配套有电气控制系统,具有保温运输采气舱和H2S泄漏应急处理等功能。整个装置结构简单紧凑,功能完备,为深井高含硫天然气取样提供了一套安全可靠的装置。