深海天然气水合物开采概论 [Introduction of Methane Hydrate Production in Deep Sea] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《深海天然气水合物开采概论》系统地收集并综合阐述国内外有关深海天然气水合物的调查和研究成果。介绍了天然气水合物的研究现状、基本性质，系统论述了水合物气藏的形成和勘探技术、钻井与取样、力学特性、开采方法、灾害预测，以及天然气水合物的开发前景。

目录

目录
序言
前言
第1章 天然气水合物概述 1
1.1 天然气水合物简介 1
1.1.1 天然气水合物的特点 1
1.1.2 天然气水合物结构 4
1.1.3 天然气水合物的分类 5
1.2 我国天然气水合物资源 7
1.2.1 我国海域的天然气水合物资源 7
1.2.2 我国冻土带的天然气水合物资源 9
1.3 国际上天然气水合物研究进展 11
1.3.1 20世纪70年代以前的研究进展 14
1.3.2 20世纪80年代的研究进展 15
1.3.3 20世纪90年代以来的研究进展 15
1.4 我国天然气水合物研究现状 17
参考文献 19
第2章 天然气水合物成藏机制 21
2.1 天然气水合物的形成条件 22
2.1.1 温度和压力 22
2.1.2 地热梯度 23
2.1.3 气体成分 24
2.1.4 同生水的盐度 25
2.2 天然气水合物的成藏机理 25
2.2.1 天然气水合物的物质来源 25
2.2.2 碳氢气体的捕获方式 29
2.2.3 天然气水合物形成的地质模型 30
2.2.4 天然气水合物圈闭成藏类型 31
2.3 海底天然气水合物的类型及特征 33
2.4 天然气水合物的产状及特征 36
参考文献 36
第3章 天然气水合物的勘探技术 38
3.1 天然气水合物矿藏的勘察手段 38
3.1.1 地球物理地震法 38
3.1.2 地球物理测井法 40
3.1.3 钻井取心 42
3.1.4 地球化学法 43
3.1.5 标志矿物法 44
3.1.6 地热学法 45
3.1.7 海底可视化技术 46
3.1.8 地质勘探方法 47
3.1.9 地球观测信息技术 48
3.2 天然气水合物资源评价技术 48
3.2.1 天然气水合物中甲烷量的计算 49
3.2.2 天然气水合物资源量计算 51
3.3 天然气水合物的钻探 52
3.3.1 天然气水合物钻探概况 52
3.3.2 天然气水合物钻探技术 54
3.3.3 天然气水合物钻井过程中的分解抑制与井喷控制 56
3.3.4 天然气水合物取样技术 60
参考文献 61
第4章 天然气水合物开采理论 63
4.1 天然气水合物沉积层力学特性 63
4.1.1 含水合物沉积物的岩性特征 63
4.1.2 水合物沉积物力学性质研究现状 64
4.1.3 水合物沉积物本构模型 66
4.1.4 水合物地层渗透率 69
4.2 天然气水合物开采数学模型 75
4.2.1 基本假设 75
4.2.2 渗流方程 76
4.2.3 能量守恒方程 77
4.2.4 多孔介质变形场方程 79
4.2.5 相平衡判别式 83
4.2.6 分解动力学方程 83
4.2.7 其他辅助方程 85
参考文献 85
第5章 天然气水合物力学特性 89
5.1 水合物力学性质的实验研究 89
5.1.1 实验设备 89
5.1.2 试件制作 91
5.1.3 实验方法与步骤 92
5.1.4 实验结果 94
5.2 天然气水合物开采中海底地层稳定性预测 96
5.2.1 开采模型的构建 96
5.2.2 海底沉降的分析 98
5.3 CO2水合物人工顶板控制天然气水合物开采海底变形研究 101
5.3.1 CO2水合物力学性质室内实验 101
5.3.2 CO2水合物人工顶板控制海底变形数值模拟 102
参考文献 109
第6章 天然气水合物的开采方法 111
6.1 注热法 111
6.1.1 注热开采模型 112
6.1.2 热盐水注入法 113
6.1.3 电磁加热法 113
6.1.4 分解矿浆法 115
6.2 减压法 116
6.2.1 通过下伏游离气层产气的降压方法 117
6.2.2 通过抽取裂隙流体的直接降压方法 117
6.3 二氧化碳置换法 118
6.3.1 置换原理 119
6.3.2 置换影响因素 120
6.3.3 二氧化碳置换开采天然气水合物模式 120
6.4 化学抑制剂法 122
6.5 其他开采方法 126
6.5.1 固态水合物开采法 126
6.5.2 降解法 127
参考文献 127
第7章 天然气水合物开采诱发的海底地质灾害与地层环境变化 130
7.1 水合物开采引发海底地层环境变化研究进展 130
7.2 天然气水合物赋存的地层特性 132
7.2.1 天然气水合物在沉积地层中的分布模式 132
7.2.2 天然气水合物赋存地层的力学特性 133
7.2.3 天然气水合物赋存地层的孔隙度和水合物饱和度 134
7.3 开采诱发海底地质灾害发生机理 134
7.3.1 自然界海底滑坡的过程和机理 134
7.3.2 水合物分解导致的海底滑坡机理 138
7.4 水合物分解引起海底滑坡的理论模型 141
参考文献 143
第8章 天然气水合物研究进展 146
8.1 国外天然气水合物勘探现状 146
8.2 俄罗斯天然气水合物研究进展 148
8.2.1 基础研究 149
8.2.2 资源评估 150
8.2.3 开采利用 151
8.3 日本天然气水合物研究进展 152
8.3.1 基础研究和钻探先导试验 152
8.3.2 天然气水合物的中长期研究计划 153
8.3.3 日本对天然气水合物研究的期望与挑战 157
8.4 我国南海天然气水合物研究进展 158
8.4.1 南海天然气水合物发育的地质条件 158
8.4.2 南海水合物分布和发育特征与成藏 161
8.4.3 存在问题及研究展望 164
参考文献 166

精彩书摘

　　《深海天然气水合物开采概论》：
　　上述两种控制办法对水合物分解的抑制作用是有限的，有时在某些地区、某些弱地层下钻井液密度过火会造成严重的负面影响，如钻井液漏失、失水加剧和大量气体进入地层等。因此，在钻井液中加入一定量的化学试剂（包括卵磷脂、多聚物或PVP（polyvinyl pyrrolidone，聚乙烯吡咯烷酮）），通过吸附作用，试剂吸附于出露水合物表面，从而减缓水合物的分解速度，并使水合物已分解出的自由水和气体迅速形成水合物，控制气体扩散。
　　卵磷脂是由含两个脂肪酸分子组成的甘油酯。卵磷脂的第三个碳原子与磷酸脂化，结果磷酸被脂连到氮基上。卵磷脂具有较强的吸湿性且在非常低的温度下形成结晶体。卵磷脂被广泛应用于食品工业中并对环境无害。当水合物层在钻孔附近融化时，它将转化成水（85%）和压缩的、自由的不溶性气体。气体直到其饱和度超过临界值才开始运动。在卵磷脂抑制水合物分解的作用机理方面，表面吸附起关键作用。另外，卵磷脂分子可形成不同类型的聚合物（主要取决于卵磷脂的浓度和介质的成分），在水合物没有融化时，卵磷脂分子将吸附在水合物表面，变成多层聚合物，捕捉其中疏水和亲水部分。在水合物融化的开始阶段，自由水可以跑出水合物表面，但吸附在其表面的卵磷脂接下来则通过溶解释放出的烃和水相而扩展成为多层结构。这种结构将减少水相和气相流动的空隙，并封堵空隙，使空隙中的液体溶解度和黏度增加，从而减少气相的扩散，即自由气体减少。在使用卵磷脂化学剂的条件下，尽管阿拉斯加北极地区东南边缘的永冻土层K—11井的钻井液密度只有0.98g／cm3，但水合物的分解仍然得到了很好地抑制。
　　3.井喷控制
　　对于永冻土地区天然气水合物钻井可能发生的井喷，由于地层比较硬，井喷控制一般采用传统方法进行。海洋钻进中，对井喷控制中防喷器内水合物再生的防治研究比较多，但是还没有关于水合物层井喷控制的研究实例。
　　1）井喷控制特点
　　钻进水合物层时，井喷控制主要有三个方面：钻进中及停钻后，水合物层的井喷；钻入水合物下部游离气时的井喷；防喷器内再生水合物，尤其是井喷控制作业中。
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