[发明专利]一种海洋天然气水合物钻采过程中井底沉砂量的计算方法

说明书

本发明涉及一种海洋天然气水合物钻采过程中井底沉砂量的计算方法，包括：步骤一，获取海洋天然气水合物射流碎化钻采过程中井口监测参数和地层参数；步骤二，计算环空井口返出的天然气的体积流量的固态等效体积流量Q_hyd1(t)；步骤三，计算环空井口返出的水合物颗粒完全分解出的天然气的固态等效体积流量Q_hyd2(t)；步骤四，计算钻采过程中天然气水合物固态等效体积流量Q_hyd(t)；步骤五，计算进入井筒环空中所含泥砂的体积速率Q_s(t)；步骤六，计算井底沉砂速率Q_ss(t)；步骤七，计算井底沉砂体积V_ss(t)，即为指定开采时间的井底沉砂量。本发明能够在现场施工条件下，便捷计算射流碎化过程中海洋天然气水合物层的井底沉砂量，为钻井安全施工提供依据，避免安全事故的发生。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物钻采技术领域，尤其是涉及一种海洋天然气水合物钻采过程中井底沉砂量的计算方法。

背景技术

天然气水合物是一种稳定存在于低温、高压环境条件下的笼形晶体化合物，俗称“可燃冰”。作为一种新型的清洁能源，它被认为是21世纪最具潜力的接替能源。其具有高储气密度、高热值、分布范围广等显著特点，主要分布在陆地永久冻土带和陆缘外围海洋的低温、高压环境中，其中海洋天然气水合物资源量约为陆地冻土带的100倍以上。针对海洋天然气水合物的开发，作为一种安全、高效的绿色技术方法，射流碎化钻采技术利用水合物在海底温度和压力相对稳定的条件，采用水力射流喷头将水合物沉积物碎化成细小颗粒，水合物颗粒、泥砂等固相将随射流流体进入井筒环空并上返，因此将天然气分为两部分进行收集，一部分水合物颗粒随着环空中温度升高和压力降低，在井筒环空内分解为天然气和水，另外一部分未分解的水合物则上返至海面平台后被完全分解为天然气和水，最后收集得到环空中返出的和海面平台上分解的天然气。在这个过程中部分泥砂随流体返出环空井口，部分则留于井筒内在井底逐渐堆积。

目前，国内外针对海洋天然气水合物射流碎化钻采的研究主要针对水合物射流碎化施工方法和参数优化，而对该过程中的井底沉砂问题涉及较少。专利CN201710820737.1公开了一种海底浅层非成岩天然气水合物机械射流联合开采的方法及装置，主要涉及机械射流联合开采方法的步骤及装置，并未考虑井底沉砂量的具体求解方法。也有学者(周守为,赵金洲,李清平等.全球首次海洋天然气水合物固态流化试采工程参数优化设计[J].天然气工业,2017,第37卷(9):1-14)基于对海洋水合物射流碎化钻采过程中复杂井筒多相流动分析，对全球首次海洋水合物试采工程参数进行优化，建立了复杂介质井筒多相流动、温度、压力以及水合物相平衡、分解理论模型和数值计算方法，形成了海洋水合物流化试采现场工程参数优化设计方法及试采方案。但其同样未涉及海洋天然气水合物射流碎化钻采过程中井底沉砂量的计算。

在天然气水合物射流碎化钻采过程中，如果部分水合物沉积物未随射流流体沿井筒环空返出，其将会在井底逐渐堆积，进而形成井底沉砂，泥砂大量沉积会影响射流碎化效果，降低天然气水合物的采收率，甚至造成射流钻具被卡、被埋等重大事故，影响生产甚至导致停产。因此，目前迫切需要一种海洋天然气水合物钻采过程中井底沉砂量的计算方法，为海洋天然气水合物射流碎化钻采安全、高效施工提供重要保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋天然气水合物钻采过程中井底沉砂量的计算方法，该方法原理可靠，通过相关已知参数和监测参数对射流碎化过程中井底沉砂量进行快速准确的计算，对于井底沉砂情况预测，进而保障开采效率和施工安全具有重要意义。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种海洋天然气水合物钻采过程中井底沉砂量的计算方法，依次包括以下步骤：