海洋天然氣水合物鉆探過程中的井筒流動分析

【摘要】： 天然氣水合物鉆探時,由于地層、井筒中存在天然氣水合物相變問題,使得傳統(tǒng)的環(huán)空多相流動理論無法滿足工程需求,因此,需要針對此問題開展更加深入的研究。 結(jié)合天然氣水合物鉆探的特點(diǎn)和控制壓力鉆井工藝,提出了適合水合物鉆探的控制壓力鉆井工藝,并探討了水合物鉆探過程中的注意事項(xiàng)和解決方案。 針對天然氣水合物的儲層特點(diǎn)以及鉆探工藝,建立了井筒中和多孔介質(zhì)中天然氣水合物的相平衡方程;對井筒中和多孔介質(zhì)中天然氣水合物的生成分解動力學(xué)進(jìn)行研究,得到井筒和多孔介質(zhì)中的天然氣水合物的生成/分解速率的計(jì)算方法。 通過控制注氣速率模擬地層水合物分解進(jìn)入井筒的產(chǎn)氣速率,實(shí)驗(yàn)研究了產(chǎn)氣速率及環(huán)空壓力對環(huán)空多相流型轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律:本實(shí)驗(yàn)條件下,觀察到四種流型為泡狀流、彈帽泡狀流、彈帽沫狀流以及沫狀流,沒有發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)意義的段塞流;水合物分解氣進(jìn)入井筒后使井筒內(nèi)的流動更為湍急,有利于流型轉(zhuǎn)化。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,繪制得到了不同壓力下(最高0.6MPa)的流型圖。并對四種流型間的邊界線進(jìn)行對比,得到隨著壓力變大,流型轉(zhuǎn)化需要的氣體表觀速度變高,流型不易轉(zhuǎn)化,即壓力對流型的轉(zhuǎn)化具有抑制作用。 在實(shí)驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上,考慮水合物的相變,建立了水合物鉆探環(huán)空多相流動模型,并編制計(jì)算機(jī)算法。通過數(shù)值計(jì)算,對井筒內(nèi)氣體體積分?jǐn)?shù)、泥漿池增量、井底壓力、環(huán)空壓力等關(guān)鍵參數(shù)對考慮水合物相變與不考慮水合物相變情況下的規(guī)律進(jìn)行了對比分析,闡述了這些參數(shù)的影響因素及在實(shí)際作業(yè)過程中需要引起注意的事項(xiàng),為天然氣水合物鉆探提供理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物 鉆探 相變 多相流 流型轉(zhuǎn)化
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：P744.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 本文的研究目的及意義10
• 1.2 水合物鉆探研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析10-12
• 1.2.1 天然氣水合物鉆探的國內(nèi)外研究進(jìn)展10-12
• 1.2.2 天然氣水合物相平衡的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12
• 1.3 存在的問題12-13
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及必要性13
• 1.5 小結(jié)13-14
• 第二章 天然氣水合物鉆探工藝初探14-21
• 2.1 天然氣水合物鉆探與常規(guī)鉆探對比14-15
• 2.1.1 天然氣水合物特性簡介14
• 2.1.2 水合物藏與傳統(tǒng)海洋油氣藏的區(qū)別14
• 2.1.3 水合物鉆井過程中遇到的主要問題14-15
• 2.2 天然氣水合物鉆探工藝初探15-18
• 2.2.1 控制壓力鉆井技術(shù)簡介15-16
• 2.2.2 井底恒壓法控制壓力鉆井在天然氣水合物鉆探中的應(yīng)用16-18
• 2.3 天然氣水合物鉆探的相關(guān)事項(xiàng)18-20
• 2.3.1 井位調(diào)查18
• 2.3.2 天然氣水合物鉆探的指導(dǎo)原則18
• 2.3.3 水合物鉆探過程中的下套管原則18-19
• 2.3.4 可用于水合物測井的方法19
• 2.3.5 天然氣水合物的井噴控制19-20
• 2.4 小結(jié)20-21
• 第三章 地層、井筒中天然氣水合物相變規(guī)律21-31
• 3.1 井筒及多孔介質(zhì)中天然氣水合物的相平衡條件21-23
• 3.1.1 井筒內(nèi)天然氣水合物的相平衡條件21-22
• 3.1.2 地層多孔介質(zhì)內(nèi)天然氣水合物的相平衡條件22-23
• 3.2 井筒及多孔介質(zhì)中天然氣水合物生成速率的確定23-28
• 3.2.1 井筒管線中天然氣水合物生成速率模型23-25
• 3.2.2 多孔介質(zhì)中天然氣水合物生成速率模型25-28
• 3.3 井筒管線與多孔介質(zhì)中的天然氣水合物分解速率的確定28-30
• 3.4 小結(jié)30-31
• 第四章 含天然氣水合物相變的井筒多相流動實(shí)驗(yàn)31-48
• 4.1 井筒內(nèi)多相流流動規(guī)律實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說明31-33
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)工藝流程及數(shù)據(jù)選擇31-32
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹32-33
• 4.2 數(shù)據(jù)采集33
• 4.3 含天然氣水合物相變的環(huán)空多相流流型轉(zhuǎn)化及判別33-39
• 4.3.1 泡狀流34-35
• 4.3.2 彈帽泡狀流35-37
• 4.3.3 彈帽沫狀流37-38
• 4.3.4 沫狀流38-39
• 4.4 水合物藏相變產(chǎn)氣對泡狀流失穩(wěn)的影響39-42
• 4.5 環(huán)境壓力對流型轉(zhuǎn)化的影響42-46
• 4.5.1 環(huán)境壓力對泡狀流失穩(wěn)臨界截面含氣率的影響42-43
• 4.5.2 不同環(huán)境壓力下的流型圖43-46
• 4.6 小結(jié)46-48
• 第五章 水合物鉆探過程中的多相流動分析48-62
• 5.1 水合物鉆探過程中井筒內(nèi)多相流動的理論模型48-55
• 5.1.1 連續(xù)性方程48-49
• 5.1.2 動量方程49
• 5.1.3 能量方程49-50
• 5.1.4 求解方法50-51
• 5.1.5 計(jì)算機(jī)算法51-55
• 5.2 水合物鉆探過程中井筒內(nèi)多相流動規(guī)律分析55-61
• 5.2.1 溢流期間不同時刻及不同產(chǎn)氣速率條件下井筒氣體體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律55-57
• 5.2.2 溢流期間不同時刻及不同產(chǎn)氣速率條件下泥漿池增量的變化規(guī)律57-58
• 5.2.3 溢流期間不同時刻及不同產(chǎn)氣速率條件下井底壓力變化規(guī)律58-60
• 5.2.4 不同氣侵條件下環(huán)空壓力的變化規(guī)律60-61
• 5.3 小結(jié)61-62
• 結(jié)論及建議62-64
• 結(jié)論62-63
• 建議63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的研究項(xiàng)目71

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