【摘要】：天然氣水合物是由水分子和天然氣分子在一定溫度和壓力下形成的似冰雪狀結(jié)晶化合物，又稱籠形水合物或“可燃冰”。由于形成天然氣水合物的氣體主要為甲烷，因而也常被稱為甲烷水合物。自然界中的天然氣水合物主要分布在海洋的大陸邊緣和陸上永凍地區(qū)，前者占了已發(fā)現(xiàn)數(shù)量的絕大多數(shù)。天然氣水合物研究已成為當(dāng)代地球科學(xué)研究和能源工業(yè)發(fā)展的一大熱點(diǎn)，該研究涉及到新一代能源的探查開發(fā)、溫室效應(yīng)、全球碳循環(huán)和氣候變化、古海洋、海洋地質(zhì)災(zāi)害、天然氣運(yùn)輸、油氣管道堵塞、船艇能源更新和軍事防御等，并有可能對(duì)地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和能源工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。因而世界上許多國(guó)家都從各自的關(guān)注點(diǎn)對(duì)天然氣水合物展開了廣泛的調(diào)查研究。特別是近來能源短缺日益加劇，油氣價(jià)格又居高不下，使得各國(guó)更加關(guān)注具有能量密度高、儲(chǔ)量大和分布廣等特點(diǎn)的天然氣水合物，紛紛加大對(duì)其勘探和開發(fā)研究的力度。對(duì)于我國(guó)來說，本身油氣資源就不足，加之經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致能源缺口越來越大。專家預(yù)測(cè)到2010年我國(guó)需進(jìn)口原油接近2億噸才能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，僅此一項(xiàng)就要花費(fèi)好幾百億美元的外匯儲(chǔ)備。加之能源結(jié)構(gòu)不合理以及《京都議定書》的正式生效，都迫使我們?nèi)で罂商娲那鍧嵀h(huán)保新能源。因此，從我國(guó)能源戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展角度來說，也應(yīng)加大對(duì)天然氣水合物勘探開發(fā)的力度。 而要對(duì)賦藏在地下一定深處的天然氣水合物進(jìn)行勘探和開發(fā)，鉆井是必不可少的。天然氣水合物的熱壓力特性決定了此類地層鉆井與一般油氣地層鉆井有很大不同，也導(dǎo)致這類地層鉆井面臨更加復(fù)雜的井內(nèi)問題。首先在鉆井(進(jìn))時(shí)，儲(chǔ)層井壁和井底附近地層應(yīng)力會(huì)釋放，地層壓力會(huì)降低；同時(shí)，鉆頭切削巖石、井底鉆具與井壁及巖心的摩擦都會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，此外循環(huán)泥漿溫度控制不當(dāng)，這些都可能使孔內(nèi)溫度升高。因此在鉆井過程中井壁地層壓力和溫度的變化將不可避免地導(dǎo)致天然氣水合物發(fā)生分解。當(dāng)固態(tài)水合物起膠結(jié)或骨架支撐作用時(shí)，分解本身就會(huì)使井壁坍塌。而分解產(chǎn)生的水增加了井壁地層的含水量，使顆粒間的聯(lián)系減弱，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)；逸出的氣體又影響了鉆井液的比重和流變性，對(duì)井壁穩(wěn)定愈發(fā)不利，甚至還可能引發(fā)井涌和井噴等鉆井事故。其次鉆井過程是一個(gè)非絕熱過程，鉆井液和地層之間的熱交換以及水合物的分解吸熱都會(huì)使井內(nèi)流體溫度和井壁溫度發(fā)生變化，這種溫度變化會(huì)影響鉆井液的粘度、密度、化學(xué)穩(wěn)定性、井眼周圍的應(yīng)力和孔隙水壓力，進(jìn)而影響井壁穩(wěn)定和井內(nèi)安全。最后分解進(jìn)入井內(nèi)的氣體同鉆井液一起上返到地面，在這過程中如果井內(nèi)溫壓條件合適，它們又會(huì)重新在鉆井管線和閥門特別是防噴器內(nèi)形成水合物，導(dǎo)致意想不到的鉆井事故發(fā)生。因此井壁穩(wěn)定和井內(nèi)安全控制是天然氣水合物地層鉆井所面臨的主要難題。加之水合物地層骨架一般為未固結(jié)和半固結(jié)的砂巖或泥質(zhì)砂巖，使得在此類地層鉆井時(shí)井壁穩(wěn)定問題尤為突出。而井壁不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致井壁坍塌，鉆具卡鉆，井壁破裂，泥漿漏失，以致井的報(bào)廢，損失大量人力物力。據(jù)有關(guān)資料
【圖文】：

Hydrate)圖1一l天然氣水合物分子結(jié)構(gòu)示意圖天然(美國(guó)UsGsl)sl①低溫供應(yīng);③足夠的生長(zhǎng)空間[31。已發(fā)現(xiàn)的天然氣水球約有27%的陸地和90%的大洋水域?yàn)榇嬖谔旌衔锂a(chǎn)于永凍層地區(qū)200一20O0m深處。在海底，1000m]sl，分布在陸坡、陸隆或海臺(tái)地區(qū)的沉積

德霍灣西南約64mk、Kupuark河油田中心南約32mk處。最近也就是2005年3月，美國(guó)能源部和石油巨頭雪佛龍德士古公司C(hveornT七xaco)聯(lián)合開始在墨西哥灣Keathiye峽谷和Awtater谷區(qū)(圖1一2)進(jìn)行天然氣水合物勘探鉆井。計(jì)劃在8個(gè)鉆位鉆16口井，每個(gè)鉆位為1組鉆2口井，，，水深1300m左右。兩口井相距13一23m左右，一口井取心，另一口井用來測(cè)井(隨鉆測(cè)井)，并將在井中安裝長(zhǎng)期的監(jiān)控設(shè)備。圖1一2美國(guó)墨西哥灣Kehatlye峽谷和Awtater谷區(qū)天然氣水合物鉆井示意圖11‘](美國(guó)NETL，DOE)進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著能源短缺加劇，油氣價(jià)格高漲以及環(huán)保要求加大，以勘探開發(fā)天然氣水合物為目的的各類鉆井活動(dòng)肯定會(huì)大增。與之相關(guān)的各類鉆井設(shè)備、工藝和鉆井液等問題應(yīng)當(dāng)是現(xiàn)階段以及今后天然氣水合物研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：P744.4

【引證文獻(xiàn)】

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5 寧伏龍;蔣國(guó)盛;吳翔;李兵;張凌;關(guān)進(jìn)安;竇斌;;NGH綜合模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及控制模塊設(shè)計(jì)[J];天然氣工業(yè);2008年10期

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本文編號(hào)：2644855