含砂量及围压对冻土区天然气水合物沉积物力学特性的影响文献综述

 2022-11-26 15:23:51

1绪论

人类社会的发展离不开新能源的出现以及新能源技术的使用。能源的发展,是全世界、全人类共同关心的问题。

目前,化石能源是全球消耗的最主要能源,2006年全球消耗的能源中化石能源占比高达87.9%,随着人类的不断开采,化石能源的枯竭是不可避免的,据美国地质局预测,大部分的化石能源将在本世纪开采殆尽。因此,开发更清洁的可再生能源是今后发展的方向。

天然气水合物具有清洁,热效率高,便于运输,开采技术成熟等优点。且资源密度高,全球分布广泛,具有极高的资源价值。据国外专家估算,水合物中的天然气总资源超过了包括煤炭、石油与常规气内的所有已知可燃矿产的储量[1]

但开采冻土区天然气水合物会有极大的风险,水合物的开采会导致含水合物冻土层强度降低和变形;甚至会造成塌方和地陷等自然灾害。因此,研究含砂量及围压对冻土区天然气水合物沉积物力学特性的影响是商业开采的基础[2]

1.1研究背景及意义

天然气水合物是一种广泛分布于全球、能量密度高、具有极高资源价值的新型清洁能源,因而成为油气勘探界长期研究的热点[3],天然气水合物在自然界的分布十分广泛,主要存在于永久冻土带、大陆边缘的海底沉积物以及内陆湖的深水沉积物中[4-6]。据估计全球天然气水合物中甲烷的含量约为(1.8~2.1)times;1016 m3,相当于当前已探明化石燃料(煤、石油和天然气)总含碳量的两倍[7]

然而,天然气水合物不同于常规的石油、天然气等资源,它以胶结或者骨架支撑的形式存在于储层中[8-9]。在天然气水合物勘探钻井过程中,由于钻具摩擦生热、钻井内压力的变化以及钻井液中盐分的影响,都有可能导致钻遇地层中水合物的分解[10]。水合物的分解会影响储层的结构稳定性(强度降低),并且随着开采过程中水合物分解区域的扩展,可能诱发地层变形、海底滑坡、生产平台下陷倒塌等灾害[11]。此外,由于甲烷还是一种具有温室效应的气体,天然气水合物储层结构的失稳有可能诱发大规模的甲烷气体泄漏,对全球气候变化具有潜在影响[12-13]。因此,必须对天然气水合物对强度特性进行研究,确保开采过程中的安全性,才能对冻土天然气资源进行商业化开采。

目前,加拿大、美国、日本、中国等4个国家分别利用加热法、置换法、降压法等试采技术方法,在陆域总共开展了6次水合物试采。

1965年, 苏联在西伯利亚的的永久冻土中首次发现天然产出的天然气水合物,为了获得水合物钻探取样的施工经验和验证加拿大Mackenzine冻土区天然气水合物异常,1998年,加拿大地质调查局负责组织,美国、日本参与钻探施工的名为Mallik2L-38测试井,深度达1150m,取出部分水合物岩心样品证实了天然气水合物的存在,实现了对陆域冻土天然气水合物认识上的飞跃。20世纪90年代,美国对阿拉斯加北坡海岸带永久冻土区进行了天然气水合物调查评价,并实施了钻探施工。

2006年,印度租用美国JOIDESResolution深水钻井以及挪威Fugro公司的取样钻具完成了21口天然气水合物取心钻探井,并取出了天然气水合物岩心样品在印度天然气水合物勘探方面取得了突破性进展[14]

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