吉林大学[010]

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1、吉林大学博士学位论文开题报告绳索取心式孔底冷冻取样钻具论文题目的传热模拟和室内实验开题报告人贾瑞培养单位建设工程学院年级2010级学科专业地质工程指导教师孙友宏开题报告时间2011年12月20日1目录一、立论依据11.课题提出12.天然气水合物的特点13.天然气水合物岩心钻探的特点54.研究现状6二、研究方案81.研究目标82.研究内容83.关键问题94.研究方法95.技术路线96.工作总体计划和进度安排10三、开题条件101.学术条件102.实验设备条件103.经费落实条件10四、预期结果10五、论文大纲（目录）10五、主要参考文献111一、立

2、论依据1.课题提出随着社会经济的高速发展，煤、石油、天然气等常规能源已不能满足人类发展的需求，国际能源形势日趋紧张。近20多年来，越来越多的国家把目光投向一种新型能源——天然气水合物，被各国科学家公认为是具有良好前景的重要后续能源。目前，人类对于天然气水合物物性的研究已经取得突破性进展，并已形成相当成熟的理论，而在天然气水合物层的勘探、开采方面却成绩寥寥。要想真正的认识水合物，必须获得高保真的天然气水合物样品。钻探取心是获取水合物样品的最直接的方法，也是验证其他方法调查成果的必要手段。由于天然气水合物的物性、成矿位置和特征等方面的特殊性，对钻探取

3、心工作提出了很大的挑战，采用常规的地质钻探取心方法及工艺无法满足天然气水合物钻探的要求。如果使用常规取样器采取天然气水合物岩心，在提升钻具的过程中，随着地层压力降低，天然气水合物岩心可能发生分解，尤其钻孔比较深，比如在深海钻进中提升钻具时间更长，这不利于取到原位保真的岩心，所以为了取得高保真的岩心，在取样器方面，也需要研究一种适合天然气水合物岩心钻探的取样器。目前国内外的天然气水合物取样器设计思路主要有两种：一种是以孔内保压为主保温为辅，一种是以孔底冷冻为主，保压为辅或者不保压。传统的孔底冷冻取样采用提钻取心的方式，取心时间长，不利于冷冻岩心的保

4、存；冷冻剂与钻具在一起，冷冻剂的储存时间需要加入钻进时间，钻进深度和钻进时间都受到很大的限制，冷冻剂保存困难；冷冻剂在冷冻岩心的过程中，效率低，冷冻效果差。针对以上问题，将孔底冷冻技术与绳索取心技术相结合，研制一种天然气水合物绳索取心式孔底冷冻取样器。本论文针对天然气水合物绳索取心式孔底冷冻取样器中冷冻系统的问题，提出了研究思路。在原来的孔底冷冻取样器中，其冷冻机构主要是通过冷冻剂和岩心之间的静态的热传递，来达到冷冻岩心的目的，其效率低，损耗大，因此要设计一种新的冷冻岩心的机构，改变原来静态的通过热传递冷冻岩心的方式，提高冷冻效率。同时对冷冻剂进

5、行研究，选择一种最优的冷冻剂。2.天然气水合物的特点只有充分了解天然气水合物热物理性质和温压特性才能更好地解决在天然气水合物钻探过程中遇到的问题。1）天然气水合物的热物理性质（1）天然气水合物的导热系数（λ）天然气水合物的导热系数是确定自然界中天然气水合物的沉积厚度、指导钻探取样、钻井温压控制和设计开采方案的关键性数据。由于水合物存在的特殊性，测定水合物的导热系数相当困难。从目前大多数的工作来说，水合物的导热系数在压力不高且温度为300K左右时，近似等于0.5W/(m·K)。而且水合物的导热系数仅与水合物结构有关，而与具体何种水合物无关，其导热系

6、数与液态水（0.558W/(m·K)）相差无几，而比冰的导热率(2.23W/(m·K))小很多。水合物的导热系数随着密度和压力的提高而增大，而随温度的降低而变大。并且密度和压力对水合物导热系数的影响很小，而温度对水合物导热系数的影响最大。15（2）天然气水合物的比热试验方法确定水合物比热主要受试验过程中水合物的分解热和试验使用的水合物是否纯净影响。目前，水合物比热主要依据Handa(1986)等人通过比热试验所取得的适用于甲烷、乙烷和丙烷水合物的摩尔比热与绝对温度的拟合计算式来计算：C=a+bT+cT2+dT3(J/（mol·K）)（1）式中a、

7、b、c、d为常数，与组成的气体类型有关，其值见表1。根据（1）式可以计算不同温度下天然气水合物的比热值。经计算在温度为270K时，甲烷水合物的摩尔比热为258J/（mol·K），即比热为3.612×103J/（Kg·K）。而且从Handa`表1Handa模拟公式中的常数气体种类T（K）abc×102d×103CH485-2706.61.4538-0.36400.6312C2H685-26522.71.8717-0.53581.076C3H885-265-37.64.8606-1.6253.291的实验结果表明不同气体形成的水合物是不同的，在相同温

8、度下，丙烷水合物的比热最大，其次是乙烷水合物，甲烷水合物最小。并且水合物的比热与温度呈正比例关系，但其斜率很小，也就是说水合物的比热受温