PDF《天然气水合物钻探的关键技术》

31 器魁)c、日本研制的PTcS和欧盟研发的HYACE 等设备来获取天然气水合物实物样品.国内研究者 在借鉴上述成功经验的基础上,广泛开展了针对海 底天然气水合物取样技术研究,研制并完善了重力、 静压、冲击和回转等工艺的钻探取样方法.此外,郭 威等还研究应用冰冻取样工艺方法获取天然气水合 物实物样品.大庆油田研制了MY-215保压取心工 具,四川海洋特种技术研究所与青岛海洋所联合研 制了天然气水合物深水浅孔保温保压取心钻具,这 些工具主要靠重力贯人海底沉积物来钻获样品.浙 江大学依托国家项目研究应用重力活塞取样器获取 海底30m以浅天然气水合物样品.中国石化与上 海交通大学、中国石油大学(华东)和四川海洋特种 技术研究所等多家单位联合开展了天然气水合物钻 探取心关键技术研究,取得了一定的成果,推动了国 内深水深孔沉积物取样技术的发展. 近年来,我国已成功在中国南海和青海木里通 过钻探手段获取到天然气水合物实物样品.然而, 国内研究陆域天然气水合物钻探取样技术的机构或 组织则相对较少.张永勤等提出应用绳索取心技术 +保温保压取样相结合的办法来钻获陆域天然气水 合物.虽通过木里地区钻探实践,验证了该工艺方 法的技术可行性,推动了陆域天然气水合物取样技 术的发展应用.但须承认,日、美、德等国的研究水 平仍有一定优势,相应配套的工艺方法和钻探体系 仍待继续研究、完善. 3天然气水合物热物理力学性质 天然气水合物特殊的热物理力学性质决定其钻 探技术的特殊性,这也从根本上限制着天然气水合 物钻探技术的研究与发展.因此,准确掌握天然气 水合物的热物理特性是把握钻探技术的根本.本文 拟根据天然气水合物的热物理力学特性,展开天然 气水合物钻探技术研究,并针对青藏高原高寒永冻 地区,给出天然气水合物钻探技术的合理化建议. Clarke等认为,单一气体水合物颗粒的分解经 由两个相继的过程,即先发生包络化合物水分子晶 格破裂而随后发生晶格内气体分子脱附,且分解过 程自水合物颗粒表面开始.事实上,混合气体水合 物的结构与单一气体水合物并没有本质的区别,也即cHt和其它气体组成的混合气体水合物颗粒的 分解与甲烷气体水合物的分解遵循同样的步骤,即 先晶格破裂后气体分子脱附.因此,甲烷等气体的 混合气体水合物的分解速率可以表述为: (警),一莩(警) 一一Ap∑K面(厶一只)j=1,2,…) 式中:,zH=≥:乃,即分解过程中存留在水合物中 再1 的气体分子的量,mol;

A,为水合物粒子的表面积, 优2;

K耐为歹组分分解速率常数,mol/(m2・Pa・s);

(厶)j为J组分与实验温度平衡的逸度,Pa;

只为实 验温度、压力下歹组分在气相中的逸度,Pa;

(厶一 以)』为歹组分分解的传质推动力,Pa.从定义上来 看,式中咒H、Ap、K巧、(厶),、五…和(厂蝴一厶 )J等变 量均为状态的函数.在函数推导过程,假设封闭系 统始终处于热源不断供给、体积可自由膨胀且压力基 本保持不变的状态.但是,该假设并没有考虑时间因 素,也即所得到的结论是一定时间的累计结果. 基于上述认识,笔者做了如下假定:(1)气体水 合物晶格、晶形一致;

(2)同一温度下,同种分子分解 前后范德华力变化一致;

(3)水合物晶体依照由表及 里、由外至内逐渐分解;