本文關(guān)鍵詞：凍土層鉆探低溫泡沫沖洗液的研究

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【摘要】：近年來(lái),世界各國(guó)都在加快開(kāi)發(fā)新能源的腳步,豐富的資源往往伴隨著惡劣的開(kāi)采條件�，F(xiàn)有資料表明,天然氣水合物主要賦存在凍土地層(凍巖地層)和海底沉積地層中。我國(guó)常年凍土區(qū)主要分布在青藏高原和漠河盆地,且分布面積廣、開(kāi)發(fā)程度低,具有較高的科研和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。自60年代后,我國(guó)針對(duì)凍土地區(qū)的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)程日益加快。但在凍土區(qū)鉆探施工中,經(jīng)常會(huì)遇到諸多問(wèn)題,如:沖洗液初始溫度與孔內(nèi)溫度存在溫差從而導(dǎo)致鉆孔內(nèi)上下部溫度分布不均勻;環(huán)境溫差大引起沖洗液性能變化大;凍結(jié)后的沖洗液流變性變差,攜粉能力降低,嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率;在特殊孔段鉆進(jìn)時(shí)(永凍層或局部蝕變孔段),護(hù)壁能力差的沖洗液易造成孔段巖心水化膨脹等問(wèn)題。這些問(wèn)題直接導(dǎo)致巖心采取率不足、井壁坍塌、埋鉆、憋泵等事故發(fā)生概率提高,嚴(yán)重干擾正常鉆進(jìn),導(dǎo)致施工進(jìn)度很難保證。減小低溫沖洗液對(duì)原始凍土層溫度場(chǎng)的擾動(dòng)從而保證鉆孔井壁良好的穩(wěn)定性是目前在凍土區(qū)進(jìn)行鉆探取樣時(shí)面臨的難題。俄羅斯凍土地區(qū)開(kāi)采天然氣經(jīng)驗(yàn)表明,在凍土區(qū)鉆進(jìn)取樣時(shí),使用熱傳導(dǎo)系數(shù)小、失水量多、黏度大的沖洗液效果最好。而泡沫沖洗液體系正好具有以上的性能參數(shù),所以在正確選用鉆探工具與鉆探工藝的前提下,弄清低溫泡沫沖洗液對(duì)孔內(nèi)凍土溫度場(chǎng)的影響對(duì)保證凍土區(qū)井壁安全非常必要。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下:1)根據(jù)能量守恒定律,推導(dǎo)了凍土場(chǎng)導(dǎo)熱微分方程解析式,探討了凍土井壁內(nèi)沖洗液與井壁之間熱傳導(dǎo)、熱輻射以及熱對(duì)流的作用關(guān)系,建立了沖洗液循環(huán)與靜止情況下井壁溫度場(chǎng)分布模型,采用ANSYS數(shù)值模擬分析泡沫初始溫度、泡沫流速及泡沫密度等相關(guān)參數(shù)對(duì)凍土層井壁溫度場(chǎng)的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn):泡沫初始溫度及泡沫密度是影響井壁溫度的主要因素。2)建立了室內(nèi)凍土溫度場(chǎng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),改變泡沫液的參數(shù),對(duì)井壁凍土層的溫度變化情況進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,影響凍土層溫度最主要的因素是泡沫密度和泡沫初始溫度,其次是泡沫流速。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。3)經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究,選定了成本低、抗鹽性好的非離子APG0810作為泡沫沖洗液的發(fā)泡劑;對(duì)PAM/XC復(fù)合穩(wěn)泡劑的抗金屬離子穩(wěn)定性的機(jī)理性進(jìn)行了研究,得到了高濃度金屬離子條件下,具有良好黏性、流變性及穩(wěn)泡性的復(fù)合穩(wěn)泡劑。4)將研制的低溫泡沫沖洗液成功應(yīng)用于漠河凍土區(qū)水合物鉆探施工中,得到了實(shí)踐的驗(yàn)證,為凍土區(qū)鉆探施工提供了優(yōu)良的泡沫沖洗液。
【關(guān)鍵詞】：低溫泡沫沖洗液 凍土層 井壁 溫度場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P634.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 研究的目的及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-20
• 1.2.1 井壁溫度場(chǎng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 泡沫鉆探技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 低溫沖洗液國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 研究方案及技術(shù)路線(xiàn)20-25
• 1.3.1 研究方案20-21
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.3 理論依據(jù)22
• 1.3.4 研究方法22-25
• 第2章 泡沫對(duì)凍土層井壁溫度場(chǎng)影響的理論研究25-43
• 2.1 土與泡沫的熱物理參數(shù)25-31
• 2.1.1 土的熱物理性質(zhì)25-27
• 2.1.2 泡沫的熱物理性質(zhì)27-31
• 2.2 導(dǎo)熱基本問(wèn)題與求解方法31-38
• 2.2.1 溫度場(chǎng)和溫度梯度31-32
• 2.2.2 導(dǎo)熱基本定律32
• 2.2.3 熱導(dǎo)微分方程32-35
• 2.2.4 井壁的導(dǎo)熱分析35-38
• 2.3 鉆進(jìn)過(guò)程中的井壁溫度場(chǎng)模型38-42
• 2.3.1 沖洗液靜止時(shí)的井壁溫度場(chǎng)模型38-40
• 2.3.2 沖洗液循環(huán)時(shí)井壁溫度場(chǎng)模型40-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第3章 凍土層井壁溫度場(chǎng)數(shù)值模擬43-65
• 3.1 溫度場(chǎng)基本理論43-45
• 3.2 溫度場(chǎng)數(shù)值模擬45-64
• 3.2.1 模擬假設(shè)45-46
• 3.2.2 物理模型46
• 3.2.3 數(shù)學(xué)模型46-47
• 3.2.4 邊界條件47
• 3.2.5 網(wǎng)格劃分47-48
• 3.2.6 數(shù)值模擬結(jié)果及分析48-64
• 3.3 本章小結(jié)64-65
• 第4章 泡沫沖洗液對(duì)凍土溫度場(chǎng)影響的實(shí)驗(yàn)研究65-85
• 4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求65
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>65
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置65
• 4.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要設(shè)備及實(shí)驗(yàn)參數(shù)65-75
• 4.2.1 沖洗液循環(huán)制冷系統(tǒng)66-68
• 4.2.2 泡沫發(fā)生系統(tǒng)68-71
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定71-75
• 4.3 數(shù)據(jù)分析75-83
• 4.3.1 循環(huán)時(shí)沖洗液對(duì)井內(nèi)溫度的影響75-81
• 4.3.2 靜止時(shí)沖洗液對(duì)井內(nèi)溫度的影響81-83
• 4.4 本章小結(jié)83-85
• 第5章 低溫泡沫沖洗液的研制與抗鹽機(jī)理分析85-102
• 5.1 低溫泡沫沖洗液的組成及其性能85-91
• 5.1.1 發(fā)泡劑類(lèi)型85-86
• 5.1.2 選用發(fā)泡劑要求與原則86-87
• 5.1.3 發(fā)泡劑優(yōu)選的方法87
• 5.1.4 發(fā)泡劑的選擇87-89
• 5.1.5 穩(wěn)泡劑89-91
• 5.2 無(wú)機(jī)金屬離子對(duì)PAM/XG的影響研究91-101
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備91-92
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器92
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論92-101
• 5.3 本章小結(jié)101-102
• 第6章 低溫泡沫沖洗液在漠河凍土層鉆探中的應(yīng)用102-117
• 6.1 施工區(qū)地質(zhì)概況與施工概況102
• 6.1.1 區(qū)域地質(zhì)概況102
• 6.1.2 施工概況102
• 6.2 低溫泡沫鉆進(jìn)工藝102-113
• 6.2.1 鉆探工藝與設(shè)備102-105
• 6.2.2 低溫空氣泡沫鉆進(jìn)設(shè)備105-111
• 6.2.3 低溫泡沫鉆進(jìn)流程111-113
• 6.3 低溫空氣泡沫鉆進(jìn)試驗(yàn)效果113-116
• 6.3.1 鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)情況113-114
• 6.3.2 數(shù)據(jù)處理與分析114-116
• 6.4 本章小結(jié)116-117
• 第7章 結(jié)論與展望117-119
• 7.1 結(jié)論117
• 7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)117
• 7.3 展望117-119
• 參考文獻(xiàn)119-129
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果129-133
• 致謝133-134

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：914703