• <tr id="ysn4r"></tr>
    <strike id="ysn4r"></strike>

    <th id="ysn4r"><sup id="ysn4r"></sup></th>
      <thead id="ysn4r"><option id="ysn4r"></option></thead>
    1. <code id="ysn4r"></code>

      1. <thead id="ysn4r"><option id="ysn4r"></option></thead>
        <th id="ysn4r"><sup id="ysn4r"></sup></th><object id="ysn4r"></object>
          探礦工程在線 > 正文

          漠河凍土地區天然氣水合物鉆探施工技術

          發布時間:2013年05月16日
          來源:《探礦工程(巖土鉆掘工程)》,2011年第6期

           

          漠河凍土地區天然氣水合物鉆探施工技術

           

          于磊1,  趙大軍1,孫友宏1, 張永勤2,郭威1, 賈瑞1,  段會軍1

          1.吉林大學建設工程學院,吉林 長春 130026;2.中國地質科學院勘探技術研究所,河北 廊坊 065000

           

          摘要天然氣水合物是一種清潔的潛在資源,漠河凍土地區為天然氣水合物的形成提供了有力的條件。根據當地的地質條件和水合物勘探開發的技術要求,選擇相應的鉆孔結構,鉆進技術參數,確定合理的鉆探設備。鉆進過程中運用低溫泥漿,泥漿冷卻技術,大直徑繩索取心鉆進工藝,快速獲得巖心,從而減少水合物的分解,此次鉆探施工為以后該地區天然氣水合物的勘探提供經驗。

          關鍵詞:天然氣水合物 鉆探設備 泥漿制冷 大直徑繩索取心

           

          0   前言

          天然氣水合物是一種可以取代石油煤炭的清潔能源,因而也是一種重要的潛在未來資源,且其儲量巨大[1]。研究表明,其資源量相當于全球煤、石油和天然氣資源量和的兩倍[2]。我國國土資源部門已將天然氣水合物的調查與評價列入了“十五”計劃及2015年規劃[3]。漠河盆地年平均氣溫低,地溫梯度為1.9℃,凍土發育,并有充足的氣源形成天然氣水合物,為水合物的形成提供了有利條件[4]。該地區地層以砂巖為主,在砂巖地層中,豎向裂隙發育,其中,5.80-22.60m為粉砂巖和泥巖互層,227.20-232.15m為泥巖,345.65m-368.20m為泥質粉砂巖。

           

          1  鉆進工藝方法

          1.1  鉆孔結構及鉆具級配

          鉆孔結構見圖1。開孔使用Φ174mm硬質合金鉆頭減壓鉆進至9.70m,下入Φ168套管10.0m,更換Φ127mm繩索取心鉆具,鉆頭直徑為133.5m,并在鉆具上加焊導正環鉆進1.5m后再正常鉆進至114.50m。而后將Φ127mm鉆桿作為套管,換成Φ108mm繩索取心鉆具,鉆頭直徑為133.5mm,鉆進至500.10m。

          1  鉆孔結構示意圖

          1.2  鉆進技術參數

          繩索取心鉆進鉆進參數包括軸向壓力、轉速、沖洗液量,影響的參數主要為鉆進巖石的性質,鉆頭的種類與結構,鉆孔直徑,鉆進設備和鉆具性能。綜合以上因素和鉆進實際效果,選擇的鉆進參數如下。

          規格(mm  rpm KN  ()

          174mm鉆頭,轉速范圍102-169r/min,軸向壓力25-46kN,沖洗液量120-150L/min。

          133.5 mm鉆頭,轉速范圍102-244 r/min,軸向壓力20-40 kN,沖洗液量80-120 L/min。

          112.5 mm鉆頭,轉速范圍244-357 r/min,軸向壓力15-30 kN,沖洗液量60-90 L/min。

           

          2  鉆探設備選擇

          選用黃海機械廠的HXY-6A鉆機,主要技術參數:轉速102-994r/min,鉆進深度為800-2200m,立軸最大起重力200KN,最大加壓力為150KN,單繩最大提升力為85KN。該鉆機結構簡單緊湊,布局合理,重量適中,拆卸方便,便于搬運。

          選選用黃海機械廠的HBW-320泥漿泵,該泵為三缸單作用泵,最大流量為320L/min,最大壓力為100kg/cm2。鉆塔為HCX18型鉆塔,是四角直斜兩用的管式鉆塔,名義高度18m,層高1.7m,43m長的繩索取心鉆桿立根可靠放,底座占地面積小,適于山區使用。

          泥漿制冷系統系統為單獨設計的系統。主要由載冷劑制冷、沖洗液冷卻和溫度檢測三部分組成。泥漿降溫過程如圖2所示,井內返出的泥漿,進入泥漿池凈化后進入冷卻系統,冷卻后再回到泥漿池,最后由泥漿泵注入井內?,F場布置如圖2。

          2  泥漿及泥漿冷卻系統現場布置圖

           

          3  鉆進關鍵技術

          針對現場的地層條件,選用的機械設備,以及采取天然氣水合物的要求,鉆進過程中運用了泥漿制冷系統,大直徑繩索取心鉆具和對應的泥漿體系。

          3.1  泥漿制冷系統

          天然氣水合物勘探開發中的關鍵問題是要止水合物到達地表前由于賦存條件的改變而發生分解。泥漿溫度在鉆進過程中對水合物的分解有著很大的影響。泥漿溫度過高,在鉆進和取心的過程中都會使水合物發生分解,因此采用低溫泥漿就有重要的意義[5]。由圖3可以看出,一個大氣壓時,溫度對水合物分解的影響特別大,如果可以把水合物的溫度保持在零度,就可以有效的減緩水合物的分解[6]。采用吉林大學建設工程學院研制的天然氣水合物泥漿冷卻系統,可以使泥漿的溫度為0-2℃,在水合物的鉆探過程中有著十分重要的作用。

          3  典型天然氣水合物壓力-溫度平衡相圖[7]

          泥漿制冷系統的工作原理如下:制冷機組將乙二醇水溶液制冷,制冷后的乙二醇溫度可達到-15℃,一般設為-5℃。乙二醇輸送泵將其從載冷劑箱輸送到同軸套管式換熱器,同時,BW-160泵將泥漿池內泥漿也輸送至同軸套管式換熱器,在換熱器內通過逆向流動實現熱交換,冷卻泥漿,使泥漿出口、入口溫差為2℃,冷卻后的泥漿回到泥漿池內,從而能夠實現在鉆井過程中泥漿溫度始終在低溫狀態。同時,通過溫度檢測部分,檢測系統關鍵點的溫度,保證進井溫度低于5℃,一般低于2℃。制冷后的泥漿可能會低于0℃,為防止管內泥漿被凍結,在泥漿里加入Nacl,保證泥漿制冷系統的正常運行。為保證制冷系統的正常使用,需注意以下事項:(1)制冷機組啟動開始,由于載冷劑箱溫度初始溫度高,可能導致制冷機組停機。這時,關閉制冷機組,按氟利昂壓力復位按鈕。然后再啟動制冷機組。(2)溫度巡檢儀和溫度顯示儀表需要在零度以上溫度條件下工作,不可置于戶外低溫環境。(3)關閉系統時,必須先關閉載冷劑箱泵,待泥漿與乙二醇溫度相同時,才能關閉泥漿泵。

          4  泥漿入井和出井溫度-時間曲線

          漠河地區現場晝夜溫差大,可能會導致機器工作不正常,需要實時檢查,確保正常運行。氣溫也對泥漿的溫度影響明顯,圖4是泥漿入口溫度和出口溫度的時間曲線。從圖中可得出以下結論:(1)入井溫度始終低于5℃,滿足鉆進要求。而700左右,因關閉制冷,導致出井溫度較高,經過一段時間的循環,出井溫度恢復至4.5℃左右。故在鉆進過程中,應盡量保持制冷系統常開,保證孔內溫度低于5℃,避免溫度過高,若有天然氣水合物,可能會產生大量分解。(2)白天在保持相同制冷功率的情況下,入井和出井溫度在1400左右達到峰值,符合當地的溫度變化。為保證入井溫度和出井溫度滿足要求,需要調節冷卻后的乙二醇的溫。一般,600-1200,制冷后的乙二醇溫度設為-15℃;1200-1800,制冷后的乙二醇溫度設為-10℃;1800-0600,制冷后的乙二醇溫度設為-5℃。

          3.2  大直徑繩索取心技術

          天然氣水合物存在于低溫高壓的地區,在常溫常壓的環境中就會分解,無法保持水合物的形態。鉆進過程中,由于鉆頭產熱,水合物的溫度在鉆進過程中會有所升高,而隨著水合物由地下到地上,其壓力不斷的降低,這樣水合物就會分解,無法得到水合物的準確信息。因此水合物的勘探和開發過程中的鉆進工藝與常規的鉆進工藝有所不同?,F在國際上通常采用保壓取樣,但是其結構十分復雜。采用大直徑繩索取心鉆進方法,取心直徑大,含有的水合物較多,在鉆進過程中產生的熱量,以及鉆進過程中壓力降低所造成水合物的分解,只會影響到樣品的表面,在內部還會有水合物保存下來;能把巖心迅速提出地面,實現連續取心,減低成本,縮短巖心在孔內的停留時間樣品可以把溫度以及壓力的影響時間降到最低,使水合物能夠更多的保存下來[8]。2009年,在青海木里盆地使用大直徑繩索取心便成功得到了水合物。

          為達到快速取心的目的,規定每個回次鉆進深度為1.5m,在鉆孔深度為400m時,每個回次最長時間為1小時。使用Φ127mm繩索取心鉆具和Φ108mm繩索取心鉆具,巖心直徑大,拔斷巖心力比常規小徑繩索取心要大得多,卡簧得滿足以下要求:卡簧自由內徑比鉆頭內經小0.3-0.4mm,卡簧座底端距鉆頭內臺階3-4mm,卡簧與卡簧座錐度一致[9]。實際鉆探時,孔內往往有殘留巖心,鉆進完整巖心時,曾有巖心全部殘留在孔內,主要原因是:(1)卡簧內徑稍大,需多配幾種內徑的卡簧,在每次下鉆前,用上次的巖心檢驗卡簧。(2)PDC鉆頭鉆進時,換新鉆頭時,應適當減小卡簧的內徑。(3)卡簧活動范圍為25mm,行程較大,現場有時使用雙卡簧,靠近鉆頭的卡簧直徑較小,上部卡簧主要目的是減少下部卡簧的活動距離,增強取心效果。(4)采用的卡簧剛度不同,剛度低的卡簧卡取巖心的能力弱,使用的壽命也僅為3m左右,采用剛度高的卡簧,取心效果良好,壽命可達12m。

          由于Φ127mmΦ108mm鉆具直徑較大,考慮加工精度及配合程度,將內管簡化設計為:內管沒有到位報信機構和巖心堵塞報警機構,在懸掛環上下位置分別設置四個對稱的水眼,作為沖洗液經過懸掛機構的通道。鉆進過程中,下內管前檢查好軸向間隙,確保彈卡收縮自由。因為沒有到位報信機構,需要提拉內管,通過聲音辨別內管總成是否下到位,或是在卷揚鋼絲繩上作標記,觀察內管是否下到位[10]。

          鉆進中使用了柱形PDC鉆頭,尖頭PDC鉆頭,平底孕鑲金剛石鉆頭。從該地區的地層條件和鉆頭的使用壽命中可以發現,隨著鉆探工作的進行,砂巖硬度增加,可鉆性級別增大,對鉆頭的磨損非常嚴重,PDC鉆頭的壽命減小,后改用中國地質科學院勘探技術研究所設計加工的平底孕鑲金剛石鉆頭,鉆進速度為1.5m/h,每個金剛石鉆頭使用深度如表2所示,提高了鉆探效率 ,保證了鉆探質量。而對于泥質砂巖地層,金剛石鉆頭的鉆進效率低,特別是新的金剛石鉆頭,沒有出露金剛石顆粒,鉆進速度只有0.12m/h,故需要用已使用過的金剛石鉆頭或者尖頭PDC鉆頭。

          3.3  泥漿及堵漏護壁問題

              泥漿對鉆進的正常進行,孔內安全有著至關重要的作用。對于繩索取心鉆進,采用優質泥漿,可達到高轉速鉆進,發揮金剛石鉆頭的效率,從而實現高效鉆進的目的[11]。

          開孔后,上部松散地層穩定性差,泥漿護壁效果不佳,采用套管護壁。鉆進至泥巖地層后,清孔,下入 Φ168mm套管護壁,套管底部用護箍保護螺紋。鉆進有陡立裂隙的砂巖地層,使用低固相泥漿進行堵漏,效果并不理想。在鉆進至114m左右時,孔口基本不返漿,漏失量達3.33m3/h,為嚴重漏失。為解決漏漿問題,在孔內下入Φ127mm套管進行堵漏。繼續鉆進,卻出現隨鉆隨漏的問題,并在孔內投粘土球200kg,兩層套管之間用麻繩封堵,防止漏漿。用撈矛頭將Φ108mm鉆桿底部堵塞,并用木塞將撈矛頭堵死,慢慢下入孔底,從而將泥漿壓入巖石裂隙中,給泵后,返漿量為一半左右。再在泥漿中加入鋸末3公斤,泵入孔內,與泥漿球混合后,進入巖石裂隙,產生封堵。繼續鉆進,漏漿量為0.83 m3/h,屬輕微漏[12]。而后繼續使用泥漿鉆進,在泥巖地層中,因地層能自然造漿,采用清水鉆進,并加入潤滑劑。在80m后,地層可能有天然氣水合物,在泥漿中加入2%Nacl,一方面降低泥漿冰點,另一方面可以改變水合物平衡條件,抑制水合物的再生成[13]。隨著鉆進深度的增加,特別是在清水鉆進時,需要在鉆具上涂抹潤滑脂,潤滑鉆具,保證高轉速回轉碎巖。后期考慮到地層中的泥巖和泥質砂巖,在泥漿中加入聚丙烯酰胺,防止掉塊或崩塌,并可以在鉆具和孔壁之間形成潤滑摸,減小摩擦阻力。本孔孔壁完整,只是部分泥質砂巖地層會發生縮徑和掉塊現象,在起拔鉆具時要把內管置于孔外,減少泥漿對孔壁的擾動,但在下鉆具時,應先將內管置于鉆具中,緩慢鉆透該地層。

           

          4  結論

          鉆孔終孔深度為500.10m,從開孔到終孔用時1020小時,純鉆時間為342.8小時,巖心采取率為93.86%。在鉆進過程中,使用泥漿制冷系統,保證泥漿入井溫度為2℃左右,孔內泥漿溫度低于5℃。采用大直徑繩索取心鉆具鉆具,取心直徑大,能快速取心,最大限度降低水合物的分解。對應于制冷系統,使用特殊泥漿,使制冷系統正常運行;針對該地區的漏失地層,運套管堵漏漿,投粘土球,加鋸末等方法,最后產生了良好的效果。在這次鉆探工作中采取了合理的工藝方法、鉆探設備、技術參數,取得了良好的鉆進成果,為以后在該區域天然氣水合物的勘探開發奠定了基礎。

           

          參考文獻:

          [1]  劉廣志.天然氣水合物未來新能源及其勘探開發難度[J].自然雜志,2005,275):258-263.

          [2]  張凌,蔣國盛,寧付龍,等.國外天然氣水合物巖心處理分析技術綜述[J].地質科技情報,2009,28(1):123-126.

          [3]  王達,龐馨萍,李常茂.關于天然氣水合物開發問題的思考[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2000,4: 1-3.

          [4]  張永勤,孫建華,賈志耀,.中國陸地永久凍土帶天然氣水合物鉆探技術研究與應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)2009(S1): 22-28.

          [5]  白玉湖,葉長明,李清平,等.天然氣水合物開采模型進展與展望[J].中國海上油氣,2009,21(4):251-256.

          [6]  L. Stern. Cicerone, S. Kirby, W. Durham. Temperature, pressure and compositional effects on anomalous or “self” preservation of gas hydrate[J]. Canada Journal of Physics, 2003, 81:271-283.

          [7]  郭威.天然氣水合物孔底冷凍取樣方法的室內試驗及傳熱數值模擬研究 [D].長春:吉林大學,2007.

          [8]  包貴全.繩索取心工具與工藝技術研究[J].地質裝備,2008,01:20-27.

          [9]  張鴻飛.直徑88mm繩索取心金剛石鉆進的初步實踐[J].中國煤田地質,1998,10S1):32-34.

          [10]  陳小烽.應用繩索取心鉆進應注意的一些問題[J].西部探礦工程,2002,01(S1):283-284.

          [11]  首照兵,章述,向昆明.繩索取心鉆進沖洗液的性能控制技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008,429-30,38.

          [12]  靖向黨.巖土鉆孔工程學[M].北京.冶金工業出版,2003.

          [13]  王勝.高原凍土天然氣水合物鉆探泥漿體系研究[D]. 成都:成都理工大學,2007.


          基金項目:中國地質調查局地質調查項目“青藏高原凍土帶天然氣水合物調查評價”(1212010818055

          作者簡介:于磊(1986-),(漢族),安徽亳州人,吉林大學碩士研究生在讀,地質工程專業,研究方向為鉆探工藝及機具,吉林省長春市吉林大學前衛北區3521,466913850@qq.com。

          [責任編輯:dww]

          專家講壇 >>
          建言獻策| “十四五”地熱產業何處去?院士專家有話說
          汪品先 :我們為什么要挺進深海?
          未來10年極具發展潛力的20項油氣勘探開發新技術!
          秦四清:青年和面上基金申請應聚焦于“小而精”
          劉亞東:除了那些核心技術,我們還缺什么?
          李廷棟院士:我國為什么要開展南極科考?
          中國工程院院士盧耀如院士:地質勘探并非可有可無
          王達,等:近年來中國地質鉆探技術標準制修訂工作進展
          張偉:我國“十二五”期間的科學鉆探活動
          張金昌:地質鉆探技術與裝備21世紀新進展
          經驗交流 >>
          煤礦“三區”煤層氣的開發與利用
          套管開窗側鉆技術
          坍塌卡鉆發生的原因及處理對策
          鉆井知識200問(一)
          工程地質勘探任務及方法
          井漏預防及處理措施
          瑪湖油田勘探工作紀實
          山東省地礦局扎實推進海洋地質工作側記
          地球水起源與月球形成有關 大量水約44億年前來到人間
          關于滑坡防治,主流經驗在這里
          技術成果 >>
          海上薄層油藏自流注水技術
          激光鉆井技術進展及其關鍵技術
          人工智能在物探領域、鉆井領域的應用
          全回轉套管鉆機——勘探技術所科技創新成果展示
          鋁合金鉆桿在長水平井段延伸鉆進的可行性
          定向井必備—螺桿鉆具
          激光射孔壓裂技術
          松遼盆地實現陸相泥頁巖地層長水平井精確鉆探
          神奇的地下“血管支架手術”
          新一代巖石力學試驗機突破核心技術
          技術講座 >>
          基坑工程勘察、支護及施工專題培訓材料,相當系統了!
          超實用灌注樁施工經驗總結,勝讀十本書!
          深井鉆井提速技術:螺桿、減震、射流、清泥漿等
          原位開采成油砂開采主要技術手段
          深層低滲低品位儲層改造開采技術
          旋挖鉆機、沖擊反循環鉆機、反循環回轉鉆機區別及優缺點
          旋挖鉆機的四種鉆進方式和15個操作技巧
          基坑降水5大方法、5種問題、3大因素,都教給你了!
          地基基礎工程施工工藝及質量標準
          隧道工程管棚超前支護技術
          典型工程 >>
          青島地鐵1號線海底隧道施工情況
          中煤特鑿港珠澳大橋拱北隧道頂管凍結工程
          山東平邑石膏礦礦難大口徑救援鉆孔施工技術
          青海貴德ZR1干熱巖井鉆進工藝研究
          汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4S孔取心鉆進技術
          2000m全液壓巖心鉆探技術裝備示范工程
          廬樅礦集區劉墩ZK01深孔鉆探工藝探討
          漠河凍土地區天然氣水合物鉆探施工技術
          馬坑外圍礦區ZK7924孔施工難點及對策
          深厚漂卵石地層中超大直徑鉆井沖抓工藝的研究及應用
          海外新知 >>
          流體錘鉆技術可以釋放巨大的尚未開發的地熱潛力
          美國能源部明確天然氣水合物研發計劃未來重點
          隨鉆前視技術 鉆井優化新思路
          全球首個非開挖地鐵車站
          近觀俄羅斯北極凍土油氣開采
          英國開建首座深層地熱發電站 鉆孔深達2.8英里
          世界首例隧道拆除后站臺擴建工程
          美國近期陸地油氣鉆井業逐步回升的態勢分析
          PDC鉆頭發展進程及當今態勢(下)
          PDC鉆頭發展進程及當今態勢(上)
          專利介紹 >>
          密封液繩索取心鉆具
          一種鉆井架高空作業臺
          取心和無心鉆進不提鉆轉換鉆具
          專利技術 | 從''水''到''冰''——地源熱泵技術再升級!
          濱海潮灘未擾動土壤柱樣取樣器
          一種用于正循環氣動潛孔錘的循環方式轉換接頭
          一種長壽命雙壁鉆桿
          一種立軸式鉆機不停機倒桿裝置
          一種沖擊式土層取樣鉆機
          一種非接觸式滑坡表面裂縫監測儀
          專業書屋 >>
          《常見地質災害識別與避讓科普手冊》正式出版
          《野外:一覽地質山水 保護自然生態》科普圖書出版
          《新時代地質工作者核心價值觀讀本》發布
          《揭秘可燃冰——可燃冰知識100問》出版
          《溫家寶地質筆記》出版發行
          深部地質鉆探金剛石鉆頭研究與應用
          深部巖心鉆探技術與管理
          地質鉆探手冊
          地熱資源開發與問題研究
          中國勘探工程技術發展史集
          性色的免费看欧亚视频网站,亚洲中文字幕人成乱码,日本不卡在线免免费tv,成年女人免费毛片视频看黄代

        1. <tr id="ysn4r"></tr>
          <strike id="ysn4r"></strike>

          <th id="ysn4r"><sup id="ysn4r"></sup></th>
            <thead id="ysn4r"><option id="ysn4r"></option></thead>
          1. <code id="ysn4r"></code>

            1. <thead id="ysn4r"><option id="ysn4r"></option></thead>
              <th id="ysn4r"><sup id="ysn4r"></sup></th><object id="ysn4r"></object>