發(fā)布時(shí)間：2020-04-01 08:47

【摘要】：北極、亞北極以及我國(guó)的青藏高原、新疆地區(qū)廣泛發(fā)育著大面積的多年凍土,這些區(qū)域除了常規(guī)油氣資源之外還賦存著大量的天然氣水合物,存在著極大的開發(fā)價(jià)值。然而,凍土層鉆井面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn),其中井口穩(wěn)定性是凍土層鉆井的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。由于鉆井液與地層間的熱交換作用導(dǎo)致凍土層升溫融化,凍土的承載力大幅下降,井口和表層導(dǎo)管在井口載荷的作用下容易發(fā)生失穩(wěn)下沉,導(dǎo)致作業(yè)中斷,嚴(yán)重影響作業(yè)安全。因此,開展凍土層鉆井過程井口穩(wěn)定性的研究,為今后凍土層鉆井作業(yè)提供參考依據(jù)就有著至關(guān)重要的意義。本文在分析了凍土的基本特征以及凍土層鉆井特點(diǎn)、理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,在新疆克拉瑪依-20℃左右的環(huán)境下進(jìn)行了多組現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn),研究了鉆井過程中溫度變化對(duì)于凍土承載力的影響規(guī)律,并通過ABAQUS有限元分析軟件,對(duì)凍土層鉆井過程的溫度場(chǎng)分布以及井口周圍土體的融沉規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬。在凍土鉆井過程中,土體溫度的變化趨勢(shì)可以分為三個(gè)部分:平穩(wěn)上升段、快速上升段和穩(wěn)定階段。井口下沉分為平穩(wěn)下降段、快速下降段和穩(wěn)定固結(jié)段。隨著地層溫度的逐漸升高,井口開始出現(xiàn)下沉,當(dāng)?shù)貙由叩揭欢囟葏^(qū)間后,井口開始進(jìn)入加速下沉階段,當(dāng)?shù)貙又械谋咳诨?井口下沉逐漸趨于穩(wěn)定,進(jìn)入穩(wěn)定固結(jié)段。試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果表明:粘性凍土在-4℃~0℃之間承載力下降最快,在這一區(qū)間內(nèi)井口容易發(fā)生劇烈的融沉破壞。因此根據(jù)不同的井口載荷和凍土的物理力學(xué)參數(shù),可以通過控制鉆井液溫度或者增加表層導(dǎo)管下入深度的方式提高凍土層鉆井的井口穩(wěn)定性。
【圖文】：

研究目的與意義017 年，我國(guó)原油進(jìn)口量為 4.2 億噸，同比增長(zhǎng) 10%，首次超越美最大的原油進(jìn)口國(guó)。石油對(duì)外依存度的不斷攀升將嚴(yán)重影響到我國(guó)制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)將在能源安全方面面臨巨大的挑戰(zhàn)我國(guó)迫切需要提升自己的原因供給能力，改善能源狀況。隨著石油竭，鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，極地、冷海、凍土地區(qū)等需要大量技術(shù)的地區(qū)已逐漸成為了各國(guó)搶占資源的新熱點(diǎn)，也成為了我國(guó)未來油主要方向之一。土地區(qū)蘊(yùn)含著豐富的油氣資源。研究表明，陸地和冷海的天然氣水存在永久凍土區(qū)域，根據(jù)全球天然氣水合物分布區(qū)域圖（圖 1.1）顯和南極區(qū)域存在著約 4120 億桶油氣當(dāng)量的待開采資源，約為世界資源的 22%。資料顯示，北極地區(qū)的待開采油氣資源約 1000 億噸了一個(gè)新的波斯灣，這些地區(qū)的資源開采情況將極大地影響到今后局[2]。

第 1 章 緒論凍土地區(qū)油氣資源的勘探開發(fā)也是我國(guó)今后發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。中國(guó)第三大凍土大國(guó)，凍土面積約 2.15 106平方公里，分布范圍以東北的大和青藏高原地區(qū)為主[3]，蘊(yùn)含著大量未開采的油氣資源(圖 1.2)。隨著我海域可燃冰(天然氣水合物)的開采成功，我國(guó)正在逐漸加快推進(jìn)可燃冰的進(jìn)程，據(jù)資料顯示，中國(guó)青藏高原覆蓋著大量的凍土帶，天然氣水合物資。同時(shí)，我國(guó)一直在積極參與和布局極地、冷海等凍土地區(qū)油氣資源的開，，與多個(gè)國(guó)家，尤其是俄羅斯等簽署了多個(gè)區(qū)塊的油氣開發(fā)合作項(xiàng)目，這步要求我們?cè)趦鐾恋貐^(qū)的鉆井技術(shù)需要有更快、更好的發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE242

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本文編號(hào)：2610228