●序
前言
章 深水油氣開發水合物風險概述 1
1.1 水合物風險工程背景 1
1.2 深水鑽井井控期間水合物風險 2
1.3 深水氣井測試期間水合物風險 3
1.4 深水油氣生產期間水合物風險 3
1.5 水合物風險預防措施 4
參考文獻 4
第2章 天然氣水合物的生成與分解 7
2.1 天然氣水合物結構 7
2.2 天然氣水合物的生成 10
2.2.1 天然氣水合物生成相平衡條件 10
2.2.2 水合物生成動力學 14
2.2.3 含自由水氣相中水合物生成及速率 17
2.2.4 無自由水氣相中水合物生成及速率 19
2.3 天然氣水合物的分解 26
2.3.1 冰點以上水合物分解 27
2.3.2 冰點以下水合物分解 28
2.4 運動氣泡水合物生成與分解 30
2.4.1 運動氣泡傳質模型 30
2.4.2 相間傳質速率 33
2.4.3 運動氣泡水合物生成與分解算例 34
參考文獻 35
第3章 深水氣井天然氣水合物生成區域預測方法 39
3.1 水合物行為與多相流動特性的相互耦合關繫 39
3.2 環霧流條件下深水井筒/管線溫壓場模型 41
3.2.1 多相流動模型建立 41
3.2.2 模型求解 46
3.2.3 模型驗證 47
3.3 飽和氣單相流動條件下井筒/管線溫壓場預測模型 48
3.3.1 溫度場模型 48
3.3.2 壓力場模型 49
3.4 井筒/管線天然氣水合物相平衡的影響因素 50
3.5 深水氣井天然氣水合物生成區域預測方法及影響因素 54
3.5.1 不同工況下水合物生成區域預測方法 54
3.5.2 鑽井期間水合物生成區域的影響因素 55
3.5.3 井控期間水合物生成區域的影響因素 57
3.5.4 測試期間水合物生成區域的影響因素 59
參考文獻 62
第4章 天然氣水合物相變對深水井筒多相流動的影響 65
4.1 天然氣水合物相變對鑽井液流變性的影響規律 65
4.1.1 實驗設備介紹 65
4.1.2 考慮水合物生成的鑽井液流變模型 66
4.1.3 水合物生成積分常數的確定方法 68
4.2 天然氣水合物相變對深水鑽井多相流動的影響規律 73
4.2.1 深水鑽井環空多相流模型 73
4.2.2 水合物相變對氣泡運移的影響 77
4.2.3 無抑制劑情況下水合物相變對井筒多相流動的影響 79
4.2.4 含抑制劑情況下水合物相變對井筒多相流動的影響 82
參考文獻 83
第5章 深水氣井天然氣水合物沉積堵塞機理與預測方法 86
5.1 水合物顆粒間相互作用 87
5.1.1 水合物顆粒間作用力 88
5.1.2 顆粒-液滴-顆粒微觀作用力 92
5.1.3 考慮液橋固化的顆粒-液滴-顆粒作用力 95
5.2 氣液固三相流動條件下水合物沉積堵塞模型 99
5.2.1 氣相水合物顆粒沉積初始模型 99
5.2.2 液膜霧化對顆粒沉積的影響 100
5.2.3 氣相水合物顆粒的有效沉積繫數 101
5.2.4 水合物沉積層生長與堵塞 102
5.2.5 模型求解與驗證 103
5.3 氣固兩相流動條件下水合物沉積堵塞模型 108
5.3.1 氣固兩相流中固體顆粒徑向運移理論 108
5.3.2 氣固兩相流中水合物顆粒沉積 110
5.3.3 模型求解及驗證 111
5.4 飽和氣單相流動中水合物沉積堵塞模型 113
5.4.1 飽和氣單相流動中水合物沉積模型 114
5.4.2 模型求解及驗證 114
5.5 深水氣井井控期間水合物堵塞預測 116
5.5.2 水合物生成區域預測 117
5.5.3 水合物沉積堵塞規律分析 118
5.5.4 水合物沉積對井口回壓的影響 122
5.6 深水氣井測試期間水合物堵塞預測 123
5.6.1 水合物堵塞安全作業窗口 123
5.6.2 模型求解步驟 124
5.6.3 水合物堵塞定量預測方法 126
5.6.4 水合物堵塞定量預測案例分析 127
參考文獻 131
第6章 深水氣井天然氣水合物防治技術 135
6.1 水合物抑制劑分類 135
6.1.1 熱力學抑制劑 135
6.1.2 動力學抑制劑 136
6.1.3 防聚劑 136
6.2 抑制劑篩選與評價 136
6.2.1 醇類熱力學抑制劑篩選 136
6.2.2 無機鹽類熱力學抑制劑篩選 137
6.2.3 抑制劑的選擇 138
6.3 抑制劑注入參數設計 138
6.3.1 注入繫統 138
6.3.2 注入位置 139
6.3.3 注入壓力 139
6.3.4 注入濃度 141
6.3.5 注入速率 142
6.3.6 注入量 142
6.4 非完全抑制的水合物堵塞防治方法 145
6.4.1 基於安全作業窗口的水合物堵塞防治方法 145
6.4.2 基於測試制度的水合物堵塞防治方法 148
6.5 水合物堵塞風險預警 149
6.5.1 監測裝置 149
6.5.2 風險預警步驟 150
6.5.3 現場應用 151
參考文獻 152
第7章 深水氣井水合物防治軟件與案例分析 154
7.1 軟件概況 154
7.2 軟件模塊介紹 155
7.2.1 數據輸入模塊 155
7.2.2 溫壓場計算模塊 158
7.2.3 水合物相平衡條件計算模塊 158
7.2.4 水合物生成區域預測模塊 159
7.2.5 抑制劑注入參數優化設計模塊 160
7.3 深水氣井水合物綜合防治案例分析 161
7.3.1 基本參數 161
7.3.2 溫壓場計算與水合物生成區域預測 161
7.3.3 水合物堵塞預測 169
7.3.4 水合物抑制劑注入濃度圖版 171
7.3.5 水合物抑制劑注入壓力圖版 171
參考文獻 173
內容簡介
《深水氣井天然氣水合物防治理論與技術研究》主要闡述深水氣井中天然氣水合物的防治理論和技術。《深水氣井天然氣水合物防治理論與技術研究》共7章。章為深水油氣開發水合物風險概述，主要介紹深水油氣開發中的水合物生成與危害；第2章為天然氣水合物的生成與分解，給出了天然氣水合物相平衡模型以及其生成與分解速率的計算方法；第3章為深水氣井天然氣水合物生成區域預測方法，提出了水合物生成區域的定量預測方法；第4章為天然氣水合物相變對深水井筒多相流動的影響，分析了水合物相變對深水鑽井井筒多相流動的影響規律；第5章為深水氣井天然氣水合物沉積堵塞機理與預測方法，建立了水合物堵塞預測模型；第6章為深水氣井天然氣水合物防治技術，提出了基於安全作業窗口的水合物防治新思路；第7章為深水氣井水合物防治軟件與案例分析，通過軟件與案例結合對深水氣井的水合物防治方案進行了分析。
