本文關鍵詞：天然氣水合物取心用冰封保壓機構承壓能力研究

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【摘要】：保壓取心技術是天然氣水合物調(diào)查研究必備的關鍵技術。然而,2002年以來,全球重要水合物勘探航次,保壓取心平均成功率不足60%;較低的取心率嚴重妨礙了對天然氣水合物地層的精準研究,保壓取心技術亟待改進�，F(xiàn)有保壓取心器依靠球閥或翻板閥封閉取心管下端實現(xiàn)密封保壓,在井內(nèi)富含固體顆粒物的惡劣環(huán)境里,球閥或板閥難以可靠密封,甚至不能關閉導致取心失敗。于是提出了用于天然氣水合物冰封保壓取心的構想:在井內(nèi)原位將取心器通道內(nèi)少量鉆井液或部分巖心凍結形成冰閥,封閉巖心管下端進行密封保壓。由于不需要球閥等運動部件,沒有精密配合表面,無需常規(guī)密封件,因而冰封保壓機構對井內(nèi)富含固體顆粒物的復雜環(huán)境適應能力強,有利于從根本上大幅度提高天然氣水合物保壓取心成功率。本文主要試驗內(nèi)容及取得結果如下:1.設計加工三種不同內(nèi)壁結構的冰閥管,研究不同內(nèi)壁結構對冰閥承壓能力的影響。結果表明,冰閥管內(nèi)壁采用多道環(huán)槽型結構能有效提高冰閥的承壓能力。2.研究鉆井液冰閥長度、固相種類、粒徑及濃度、冰閥管表面銹層等因素對冰封保壓機構的影響。結果表明,直徑58mm,長度85mm的鉆井液冰閥的承壓能力可達25MPa,其承壓能力會隨冰閥長度的增加而增大;鉆井液中固相顆粒的存在會加強鉆井液冰閥的承壓能力;冰閥管內(nèi)壁鐵銹并不會影響冰閥的承壓能力;低溫將縮短冰閥的形成時間并加強冰閥的承壓能力,若應用于祁連山脈天然氣水合物永凍土地層,安全系數(shù)大于4,可以滿足保壓取心的密封要求。3.研究海冰閥密封失效的原因;膨潤土質(zhì)量濃度對海冰閥保壓性能的影響;含有膨潤土的海冰閥的長度、冷凍溫度等因素對冰封保壓機構的影響。結果表明,由純海水形成的海冰閥密封能力較差,添加鈉基膨潤土可以顯著提升海冰閥的密封性能;膨潤土質(zhì)量濃度為7%,長度為80mm的海冰閥的承壓能力可達47MPa,承壓能力隨冰閥長度增加而增大,降低冷凍溫度將縮短海冰閥的形成時間并加強冰閥的承壓能力,若應用于南海神狐地區(qū)天然氣水合保壓取心時,安全系數(shù)將大于2。4.設計并建立蒸發(fā)直冷式冰封保壓機構試驗平臺,驗證蒸發(fā)直冷式冰封保壓機構的可行性;在模擬井中模擬天然氣水合物取心時井下環(huán)境,考慮到冰閥形成過程中取心管與孔壁間隙中流體的冰凍情況,設計了雙層管絕熱層并檢測其絕熱效果。結果表明,采用蒸發(fā)直冷式冰封保壓機構可以縮短冰閥形成時間;采用雙層管絕熱層,大大減少冷量傳遞,可以有效防止取心器與井壁凍結。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P634;P618.13

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