天然气水合物模拟微钻实验及其数据采集系统研究

【摘要】：天然气水合物是在一定温压条件下由水与天然气结合形成的一种外观似冰的白色结晶固体。作为特定区域的新型烃类资源，它具有清洁、能量密度高、分布广、规模大、埋藏浅、成藏物化条件好等特点，其庞大储量可满足人类未来很长一段时间的能源需求，是不可多得的替代性能源。 进入21世纪，各国都加快了天然气水合物勘探与开发研究的步伐，并有望在2010～2015年间实现天然气水合物的商业性开采，其相关开发技术(特别是勘探和开采钻井技术)已成为全球性研究热点和重要的前沿课题。其中最急需解决的问题是建立水合物地层开采时，符合钻孔井内真实钻进情况的热力学特征方程(或是数学模型)，以及解决相应的钻井技术如钻进泥浆的循环护壁，钻进时的钻速、钻压、进尺等。因为它们是钻井开采装备、整体钻井技术系统和开采技术系统、勘探钻探高保真取样系统等设计和实施的依据。所以，钻井过程中的热压力特性和规律的研究具有极其重要的意义，是目前全球性的前沿课题，它关系到勘探和开发利用天然气水合物的进程。 由于水合物大多分布在寒冷极地和深水海底沉积层中，实际钻探研究成本过高。解决这个问题的途径之一就是在实验室里模拟水合物地层条件，使用微钻系统钻进这种模拟地层，分析实验过程中采集的相关参数，就可有力指导并验证建立的井内热力学方程。因此，本论文以国家自然科学基金项目“天然气水合物地层钻井的热力学特性研究”为背景，对水合物微钻实验的目的、意义、设计方案和实验方法进行了阐述和说明，设计并分析了实验采用的数据采集系统(硬件系统和软件系统)。 论文共分为五个部分，每部分主要内容如下： 第一章：引论部分，主要介绍了天然气水合物的基础知识如物性、地质特征等，简述了水合物地层钻井的研究环境和进展。相比较水合物的物性研究而言，目前对水合物地层钻井问题的研究已严重滞后，由于大规模商业性开采天然气水合物已被各国日益提上议事日程，所以本课题的研究极具有现实意义。 第二章：介绍了国内具有代表性的四种(中科院广州能源所、西安交通大学、西南石油学院、青岛海洋地质研究所)天然气水合物研究的实验装置，总结了这些实验装置的特点。由于实验的研究目的和实现方式的不同使得各个水合物实验装置各具特色。分析这些实验装置的组成结构可为水合物微钻实验的实验装置结构组成提供参考。 第三章：主要介绍了模拟水合物地层微钻实验系统研制目的、系统构成和设计方法、实验原理和方法及其扩展用途。本实验系统最主要的特点是除了用于基本的水合物合成和分解实验研究外，还可以用微型钻机钻进模拟的天然气水合物地层，而且还可扩展用于水 【关键词】：天然气水合物 微钻实验 实验装置 数据采集系统
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 第一章 引论11-17
• §1.1 天然气水合物基础知识11-14
• 1.1.1 天然气水合物的物性11-12
• 1.1.2 天然气水合物的地质特征12-13
• 1.1.3 中国的水合物储量13-14
• §1.2 天然气水合物的研究进展14-15
• §1.3 课题研究的国内外现状15-16
• §1.4 课题研究的意义16-17
• 第二章 国内水合物实验装置简介17-26
• §2.1 天然气水合物实验装置分类17-20
• 2.1.1 动态法装置17-18
• 2.1.2 静态法实验装置18-20
• 2.1.3 动、静态实验装置的比较20
• §2.2 广州能源所水合物实验装置20-21
• §2.3 西安交大天然气与冰合成水合物实验装置21-22
• §2.4 西南石油学院水合物实验装置22-23
• §2.5 青岛海洋所海洋天然气水合物模拟实验23-25
• §2.6 本章小结25-26
• 第三章 天然气水合物模拟微钻实验系统26-44
• §3.1 微钻实验研究的必要性和意义26
• §3.2 模拟微钻实验系统研制26-38
• 3.2.1 系统总体设计26-27
• 3.2.2 高压反应釜27-31
• 3.2.2 可编程高低温试验箱31-34
• 3.2.3 气体增压系统34-35
• 3.2.4 视像观察系统35-36
• 3.2.5 微钻系统36-37
• 3.2.6 数据采集与控制开关系统37
• 3.2.7 管汇控制和辅助设备系统37-38
• §3.3 模拟微钻实验系统的实验研究内容38-44
• 3.3.1 系统工作原理和实验内容38-40
• 3.3.2 水合物合成与分解实验40-41
• 3.3.3 微钻实验41
• 3.3.4 水合物泥浆实验41-42
• 3.3.4 水合物岩芯单轴强度测试实验42-44
• 第四章 实验数据采集系统设计44-56
• §4.1 硬件系统44-50
• 4.1.1 数据采集的设计思路44-46
• 4.1.2 性能参数46-47
• 4.1.3 硬件连接47-49
• 4.1.4 抗干扰措施49-50
• §4.2 软件系统50-55
• 4.2.1 软件要求50-51
• 4.2.2 软件设计流程51
• 4.2.3 软件功能的实现51-55
• §4.3 本章小结55-56
• 第五章 结论和建议56-58
• §5.1 主要结论56
• §5.2 存在的问题和建议56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 附录63-66

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