改性纳米纤维素隔离膜和温压场协同调控天然气水合物相态机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41902324
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0218.勘探技术与地质钻探
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Natural Gas Hydrates (NGH) is a potential source of alternative, clean and highly-efficient energy. The horizontal drilling is one of the effective ways to efficiently exploit NGHs. However, the prolonged contact between drilling fluids and NGHs during drilling may lead to excessive drilling fluid invasion and subsequently NGH phase transition, which accordingly causes wellbore instability. Such processes intensify difficulties in horizontal drilling operation. This project focuses on the NGH phase state stability during drilling, and analyzes the mass and heat transfer between drilling fluids and NGHs as well as the NGH dissociation front migration. A new idea of synergistic control of gas hydrate phase state by modified nano-cellulose isolation membrane and temperature-pressure field was put forward. With the help of numerical computation and laboratory experiments, the mass and heat transfer between the horizontal wellbore and NGH reservoir is modelled, so as to characterize three-dimensional temperature and pressure distributions in the wellbore and NGH reservoir. An isolation membrane of modified nano-cellulose that is able to suppress mass transfer between drilling fluids and NGHs is developed. The mechanism of the modified nano-cellulose isolation membrane stabilizing NGH phase states is clarified, and synergistic contribution degrees of temperatures, pressures and modified nano-cellulose to NGH phase state stability and their interaction mechanisms are quantitatively characterized. This research reveals the modified nano-cellulose isolation membrane-temperature-pressure NGH phase state control and adjustment mechanisms during horizontal drilling, and resultant findings provide theoretical and technical support to development of safe highly-efficient drilling fluids with respect to NGH reservoirs.
天然气水合物是一种潜在的清洁高效接替能源,水平井是实现水合物高效开采的有效途径之一。水平井钻井过程中,钻井液与水合物接触时间长,钻井液侵入量多,导致水合物相变引起井壁失稳,水平井钻探施工难度大。本项目以深海浅层水平井钻探过程中天然气水合物相态稳定性为研究目标,创新提出改性纳米纤维素隔离膜和温压场协同调控天然气水合物相态新思路,借助数值计算、室内实验等手段,分析钻井液与水合物之间的传质传热和水合物分解界面的推移规律,建立水平井井筒-水合物储层传质传热模型,得到井筒和水合物储层内三维温压场分布形态。研发阻碍钻井液与水合物传质的改性纳米纤维素隔离膜,明确改性纳米纤维素隔离膜稳定水合物相态的机理,量化表征温度、压力和改性纳米纤维素对水合物藏相态稳定的协同贡献程度和相互作用机制,揭示改性纳米纤维素隔离膜和温压场协同调控天然气水合物相态机理,为水合物储层安全高效钻井液构建提供理论与技术支撑。

结项摘要

天然气水合物是一种潜在的清洁高效接替能源,水平井是实现水合物高效开采的有效途径之一。水平井钻井过程中,钻井液与水合物接触时间长,钻井液侵入量多,导致水合物相变引起井壁失稳,水平井钻探施工难度大。本项目提出了一种基于改性纳米纤维素和温压场协同调控储层天然气水合物相态新思路,建立了钻井液在井筒及水合物储层多孔介质中多相多组分非稳态运移控制模型。选取二轮试采复杂结构井钻井施工工况,模拟分析了地温梯度、海水深度、钻井液排量、钻井液注入温度对井筒环空和储层温压场的影响,揭示了深海浅层水平井井筒-水合物储层非稳态传质传热机理,厘清了钻井液侵入水合物储层水合物分解界面演化规律,随着钻井时间的增加,水合物分解界面呈现向储层深部运移的趋势,在12h后水合物分解界面向储层深部运移的趋势变缓。应用氨基硅烷偶联剂改性纳米纤维素,开展了改性纳米纤维素成膜及水合物抑制性能评价,发现改性纳米纤维素溶液处理的云母片表面粗糙度Ra为16.4 nm,形成了厚度可达60 nm的吸附膜,与云母片之间具有较强的亲和力;当水合物分解率达到80%时,纯水中仅需2.1小时,而改性纳米纤维素溶液中需要3.8小时,表明改性纳米纤维素有较明显的水合物分解抑制性。钻井液中加入3%的改性纳米纤维素隔离膜,能够是的钻井液泥饼渗透率显著降低,形成隔离传质屏障,有效降低了钻井液的侵入速度;在排量30 L/s、水深1250 m、钻井液注入温度为20℃下,储层水合物几乎不发生分解。应用粒子群算法实现了钻井液添加剂和温压场对储层天然气水合物相态协同调控,回归得到了含改性纳米纤维素隔离膜和钻井液注入温度、排量关系图版,钻井液施工参数选择在图版包络线里面范围,水合物不发生分解,保障储层水合物相态稳定。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
A novel zwitterionic quaternary copolymer as a fluid-loss additive for water-based drilling fluids
一种新型两性离子四元共聚物作为水基钻井液降滤失剂
  • DOI:
    10.1080/15567036.2020.1766600
  • 发表时间:
    2020-05-28
  • 期刊:
    ENERGY SOURCES PART A-RECOVERY UTILIZATION AND ENVIRONMENTAL EFFECTS
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Chang, Xiaofeng;Sun, Jinsheng;Zhao, Jianwei
  • 通讯作者:
    Zhao, Jianwei
Salt-Responsive Zwitterionic Polymer Brush Based on Modified Silica Nanoparticles as a Fluid-Loss Additive in Water-Based Drilling Fluids
基于改性二氧化硅纳米颗粒的盐响应性两性离子聚合物刷作为水基钻井液中的降滤失剂
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.9b04109
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    ENERGY & FUELS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Sun, Jinsheng;Chang, Xiaofeng;Wang, Bo
  • 通讯作者:
    Wang, Bo
Microscopic molecular insights into clathrate methane hydrates dissociation in a flowing system
流动系统中笼形甲烷水合物解离的微观分子洞察
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.133098
  • 发表时间:
    2022-02-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Liao, Bo;Wang, Jintang;Sun, Jinsheng
  • 通讯作者:
    Sun, Jinsheng
Environmentally friendly and salt-responsive polymer brush based on lignin nanoparticle as fluid-loss additive in water-based drilling fluids
基于木质素纳米颗粒的环保盐响应性聚合物刷作为水基钻井液降滤失剂
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfa.2021.126482
  • 发表时间:
    2021-04-21
  • 期刊:
    COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Sun, Jinsheng;Chang, Xiaofeng;Dai, Zhiwen
  • 通讯作者:
    Dai, Zhiwen
Experimental and molecular dynamics studies of zwitterionic inhibitors of methane hydrate dissociation
甲烷水合物解离两性离子抑制剂的实验和分子动力学研究
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2021.123059
  • 发表时间:
    2022-02-24
  • 期刊:
    FUEL
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Shao, Zihua;Wang, Jintang;Sun, Jinsheng
  • 通讯作者:
    Sun, Jinsheng

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其他文献

颈前路后纵韧带显微切除减压治疗严重脊髓型颈椎病
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1001-2036.2010.05.028
  • 发表时间:
    2010-10
  • 期刊:
    中华显微外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹战海;任志伟;王金堂;李新友;张小卫
  • 通讯作者:
    张小卫
页岩支撑裂缝中渗透率变化规律实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    西南石油大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    侯磊;Derek Elsworth;孙宝江;王金堂
  • 通讯作者:
    王金堂
MRA-MRI在椎动脉型颈椎病诊断与治疗中的指导作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国脊柱脊髓杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尹战海;王金堂;张小卫;刘凯
  • 通讯作者:
    刘凯
Coupled wellbore-reservoir heat and mass transfer model for horizontal drilling through hydrate reservoir and application in wellbore stability analysis
水合物储层水平钻井井筒-储层传热传质耦合模型及其在井筒稳定性分析中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.jngse.2021.104216
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Natural Gas Science and Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖友强;王志远;朝明哲;孙小辉;王金堂;周博宇;孙宝江
  • 通讯作者:
    孙宝江
超临界CO2钻井井筒水合物形成区域预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    石油钻探技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙宝江;孙小辉;王志远;王金堂
  • 通讯作者:
    王金堂

其他文献

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王金堂的其他基金

海域水合物储层钻井液酶响应型暂堵机制及调控方法
  • 批准号:
    52274025
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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