摘要:南海地区被证实富含油气资源和天然气水合物资源，在油气钻井过程中常钻遇水合物地层。固井作业是油气开发的重要环节，在深水钻井中，固井过程中水泥水化放热可能引发水合物的分解，降低地层稳定性，甚至影响固井质量。本研究采用数值模拟方法，以南海神狐海域GMGS-1工程SH7站位水合物地层为对象，建立了固井数值模型，分析了固井过程中水泥浆侵入水合物地层所引发的问题及固井工艺参数的影响。研究发现，水泥水化放热速率的增加会显著提前反侵现象的发生时间，增加反侵量；固井压差对反侵现象影响较小，但超过一定阈值后会抑制反侵；延长保压时间会显著推迟反侵的起始时间，减少反侵量。因此，在实际工程中，建议采用低水化热水泥，适当延长保压时间，并在早期阶段避免过高的固井压差，以减少水合物的分解，降低反侵现象的发生。本研究为水合物地层的固井作业提供了理论基础，对提高固井作业的安全性和效率具有重要意义。

摘要:天然气水合物是一种储量巨大的固态清洁能源，因此被认为是传统化石燃料的接替能源而备受关注。由于其赋存于低温、高压的海洋及冻土环境中，采用经济、高效的方法将天然气从天然气水合物储层中开采出来是实现天然气水合物商业开采的关键。根据实验室研究、数值模拟和现场试验等方面的研究现状，本文分析了降压法、注热法、注化学抑制剂法、CO2置换法、联合法等方法的开采效果，并对各种方法的优点和局限性进行了论述。已有的开采方法主要受到储层渗透率低、导热性能差等限制，未能实现长期连续产气。针对以上问题，提出储层原位电阻加热法提高热利用率；并认为水力压裂増透技术是提高储层渗透率以辅助降压法等开采方法实现高效产气的一种有效措施；关于水合物开采可能导致储层失稳等问题，认为利用CO2置换法可以加固储层，并且通过超临界CO2喷射技术能够提高CO2置换率。

摘要:天然气水合物是一种储量巨大、清洁高效的新型能源，我国海洋天然气水合物资源非常丰富，安全高效开采水合物能够助力实现我国能源结构转型与“双碳”战略目标。水合物储藏具有非成岩、弱胶结与温压敏感性强的特点，水射流技术应用于水合物钻采过程可有效解决常规方法引起的井壁坍塌与地层失稳等工程问题。本文总结了现有的水射流钻采水合物工艺与水射流钻具，分析了水射流冲击作用下含水合物沉积物破碎过程影响因素与破碎机理，最后对水射流技术在水合物钻采过程中的应用研究方向进行了展望，以期为我国海洋天然气水合物钻采技术研究提供参考。

摘要:形状记忆聚合物防砂筛管在日本第二轮天然气水合物试采中成功应用，但形状记忆效应对聚合物孔渗特征和防砂性能等影响的研究较少。基于此，本文研发了一种以聚氨酯作为基质的形状记忆聚合物防砂材料，探究了聚合物形状记忆特性、形状记忆前后的孔渗特性和力学强度等的变化规律，并评价了防砂性能。实验结果表明：研制的多孔聚氨酯具有良好的形状记忆特性和孔渗特性，形状固定率>98%，形状恢复率为100%，形状记忆温度为59.8 ℃；回弹前后渗透率均维持在10 D左右，且回弹前后抗压强度均维持在1 MPa左右；压汞测试表明形状记忆是一个对材料内部大孔的压缩-回弹过程，会导致材料内部结构发生变化，造成抗压强度略有降低，但完全回弹后，渗透性会小幅度增加；防砂性能测试表明仅在实验初期会有少量砂产出，砂粒的产出会对聚氨酯渗透性有一定的损伤，但对完全回弹的聚氨酯的渗透率仍可保持在10 D左右。综合材料性能分析认为，研制的形状记忆聚氨酯材料可配合机械防砂筛管使用，能满足水合物开采井防砂的需求。

摘要:针对海域天然气水合物钻井过程中由于储层水合物分解引起的井壁失稳难题，以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵和二甲氧基甲基乙烯基硅烷改性纤维素为原料，制备了一种具有天然气水合物分解抑制性和降滤失性的双效处理剂。通过红外光谱表征了产物的分子结构，热重分析显示产物开始分解的温度约290 ℃，具有良好的热稳定性。水合物分解评价实验表明，1%双效处理剂作用下水合物的完全分解时间延长约1倍，水合物分解量降低了19.8%，具有良好的水合物分解抑制性能。在淡水基浆和5 wt% NaCl盐水基浆中的滤失量分别为6.8和8 mL，对于水合物储层具有良好的降滤失性。低温时淡水基浆滤失量为6.5 ml，表明双效处理剂具有良好低温流变性。本文为天然气水合物高性能钻井液的构建提供了重要支撑。

摘要:天然气水合物作为一种高效清洁能源，广泛分布于我国南海海域的沉积地层中。我国先后于2017年和2020年成功开展了2次试开采，但由于海域天然气水合物特殊的赋存条件，单井水合物试采仍然面临着开采范围小、高产稳产时间短等问题。为了提高水合物的开采范围，基于cohesive单元进行了水合物储层二维水力压裂数值模型研究，比较了100 m×100 m和20 m×20 m两种模型的裂缝半长和宽度，得出了当注入压力为25 MPa时，压裂裂缝半长均为6 m，最大宽度分别为5.8、5.5 mm，构建尺寸较大的模型得出的实验结果更加准确。并且研究了裂缝宽度随注入时间的变化规律，随着注入压力和注入量的不断增加，初期裂缝宽度急速变大，后续在地应力和注入流体压力的共同作用下裂缝出现“阶梯式”的扩展规律。该研究在页岩气和煤层气等非常规能源储层水力压裂模型分析中得到了成功运用，为海域天然气水合物储层水力压裂提供一定的理论指导。

摘要:天然气水合物的勘探和开发需要从地层中获取保压岩心进行地层的物化性测试、储量评估以及开采工艺等方面的研究。然而，钻探过程中，伴随温度和压力的改变，天然气水合物很容易发生分解，这给水合物钻探取心工作带来了很大的困难。为了解决天然气水合物保压取心钻具的保压可靠性问题，开展了一种新型齿轮-齿条关闭球阀式水合物保压取心钻具的研制，采用绳索打捞的提拉力驱动球阀工作。详细介绍了该保压取心钻具的结构和工作原理；计算了球阀的工作密封比压及打捞内管所需的提拉力；介绍了该保压取心钻具的室内试验和海试情况。研究表明：该水合物保压取心钻具的取心工艺简单、球阀翻转和密封性能良好、取心成功率高，各项功能和性能指标均达到了设计的要求。

摘要:通过钻探取心获取原位天然气水合物储层岩心，并进行保压转移与测试，获取岩心物理、化学及力学性质等方面的参数，是开展海域天然气水合物勘查工作的关键技术方法之一。本文对国内外天然气水合物岩心保压转移系统的相关资料进行了汇总，从工作原理、结构特点和试验应用等方面进行了全面总结，系统梳理了天然气水合物保压转移与测试系统的研发现状，从兼容性、关键参数等多个方面对比了国内外典型岩心保压转移与测试系统，并针对国内天然气水合物保压转移系统的研发提出了建议。

摘要:降压法是海域天然气水合物储层开采的一种常见方法。降压开采会导致近井储层出现复杂的多物理场耦合响应，诱发压力变化、温度变化、水合物分解、储层力学性质劣化及地层沉降。本研究通过一种全耦合流固热化数值模型分析水平井筒降压导致的海域天然气水合物储层力学性质劣化及沉降特征，表征水平井筒及井周储层的多场耦合响应规律，明确储层力学性质劣化区域及沉降的影响因素。模拟结果显示：储层压力和温度变化的波及区域远大于水合物分解前缘，有效正应力的分布在不同方向差异明显，降压开采诱发的内聚力劣化区域与塑性区和水合物分解区关联程度高，水平井筒以浅区域和以深区域的沉降呈现出不同特征，沉降程度可相差5 mm以上。模拟结果对水平井降压开采海域天然气水合物的储层稳定性分析具有参考意义。

摘要:我国神狐海域天然气水合物储量丰富，为我国提供了大量的能源储备，采用高效的开采方式能有效地解决我国能源短缺的问题。注入抑制剂法是一种主要的开采天然气水合物的方法。甲醇是一种性能优良的抑制剂，具有抑制性能好且粘度低的优点。本文根据实际地质参数建立了三维三相四组分开采海域天然气水合物数值模型，采用中间注入井两边生产井的水平井布井方式，通过数值模拟手段研究了注热甲醇溶液抑制剂法开采水合物的动态特征，与单一降压法和注入热水法的开采效果进行了对比。结果表明，注入热甲醇溶液能够提高储层温度并且甲醇能促进水合物的分解，改善了单一降压法和注热水法的不足，具有更高的初期产气速率，更高的初期气水比，以及更高的水合物分解效果，是一种具有竞争力的开采手段。