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天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法天然气水合物是一种在高压高温环境下形成的天然气与水混合物，是一种重要的新型能源资源。
其存在于富含甲烷的海洋沉积物中，具有丰富的储量。
为了开发和利用天然气水合物，需要深入了解和掌握其储层性质。
本文旨在介绍天然气水合物储层温压模拟实验及数值模拟方法。
天然气水合物储层温压模拟实验是通过实验室装置，模拟地下储层的温度和压力条件，研究天然气水合物的生成、分解和运移规律。
该实验通常包括温度控制、压力控制和水合物样品的制备等步骤。
首先，通过恒温槽或电炉等装置控制温度，使其达到储层温度水平。
其次，通过压力控制装置调节和维持实验室环境的压力条件，模拟地下储层的压力状态。
最后，制备天然气水合物样品，通常是通过将甲烷气体和水按一定比例充分混合后进行凝固制备。
数值模拟方法是在储层温压模拟实验的基础上，采用数学和计算机技术进行建模和模拟，以探究水合物储层的温压分布、水合物生成与分解过程以及天然气的产出行为。
数值模拟方法能够辅助实验研究，提供更全面、详细的信息，并且具有节约成本、快速响应、可重复性等优点。
在进行天然气水合物储层温压模拟实验和数值模拟方法时，需要考虑以下几个关键因素。
首先是储层温度和压力的控制。
储层温度和压力是影响天然气水合物生成和分解的重要因素。
实验中需要准确控制这两个参数，以模拟地下储层的真实环境。
在进行数值模拟时，需要获得真实可靠的温度和压力数据，以确保模拟结果的准确性。
其次是水合物样品的制备。
水合物样品的制备是实验研究的基础，对于模拟地下储层的水合物形成和分解过程具有重要意义。
制备水合物样品时，需要准确控制甲烷与水的比例和混合程度，确保样品的稳定性和可靠性。
再次是数值模拟方法的选择和应用。
数值模拟方法有很多种，如有限元法、有限差分法、网格法等。
选择合适的数值模拟方法需要考虑模拟的复杂程度、计算量的大小以及结果的准确性等因素。
在应用数值模拟方法时，需要根据实际情况合理设定模型参数和边界条件，以获得可靠的模拟结果。
天 然 气 工 业Natural Gas INdustry第40卷第4期2020年 4月· 91 ·GW-CP194-80A 型保压取心工具的研制杨立文 苏 洋 罗 军 孙少亮中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院摘要：保压取心技术可以使取出的岩心保持在原始地层压力状态下，能最大限度地减少岩心中油气等组分的损失，进而准确求取井底条件下储层流体饱和度等重要地层参数，是目前最先进且技术难度最高的钻井取心技术。
但是，较之于国外同类产品，国内现有的保压取心工具在岩心直径和保压能力两项主要技术指标方面尚存在着明显的差距，尤其是在保压能力方面，难以满足深海钻探、陆上深井和水平井保压取心作业的需求，限制了该技术的应用范围和普及率。
为此，基于已有的GWY194-70BB 型保压取心工具，设计研发了GW-CP194-80A 型起钻式保压取心工具（以下简称新工具）。
现场应用效果表明：①通过采用可受控转动的大通径球阀密封装置和高强度保压内筒，新工具所取岩心直径由原来的70 mm 提升到80 mm 、额定保压能力由原来的20 MPa 提升到60 MPa ；②新工具的内提式差动总成和上下同步密封机构，有效地解决了大斜度井、水平井取心作业过程中球阀关闭、保压成功率低的难题；③新工具共应用于现场5口井27筒次，取心平均收获率为87.5%、保压成功率达92.6%。
结论认为，新工具达到了岩心直径和保压能力的设计目标，满足了深海、深层、非常规油气藏保压取心作业的需求，可为常规及非常规油气藏的储层评价、增产改造等提供技术支撑。
关键词：钻井取心；保压取心工具；岩心直径；保压能力；大通径球阀; 密封装置; 保压内筒；岩心收获率DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2020.04.011Development and application of GW-CP194-80A pressure-maintaining coring toolYANG Liwen, SU Yang, LUO Jun, SUN Shaoliang(GWDC Engineering Technology Research Institute , Panjin , Liaoning 124010, China )NATUR. GAS IND. VOLUME 40, ISSUE 4, pp.91-96, 4/25/2020. (ISSN 1000-0976; In Chinese)Abstract: Pressure-maintaining coring technology can reduce the loss of hydrocarbon compositions in cores to the uttermost while keep-ing the cores in the state of original formation pressure, so as to obtain important formation parameters under the conditions of bottom hole, e.g. reservoir fluid saturation. At present, it is the most advanced coring technology with the highest technical difficulty. Compared with foreign similar technical products, however, there is an obvious gap between the domestic existing pressure-maintaining coring tools in two main technical indexes, i.e. core diameter and pressure maintaining capacity. And especially in the aspect of pressure maintaining capacity, domestic products can hardly meet the needs of pressure-maintaining coring operations in deep sea drilling, onshore deep wells and horizontal wells, which limits its application scope and popularity rate. In this paper, GW-CP194-80A tripping-out pressure-main-taining coring tool (hereinafter, "new tool" for short) was designed and developed on the basis of GWY194-70BB pressure-maintaining coring tool. And the following field application results were obtained. First, the diameter of the core taken by the new tool is increased from 70 mm to 80 mm, and the rated pressure maintaining capacity is increased from 20 MPa to 60 MPa by adopting the large-diameter ball valve sealing device of controllable rotation and the high-strength pressure-maintaining inner cylinder. Second, internal-lift differen-tial assembly and upper–lower synchronous sealing mechanism in the new tool effectively solve the closing problem of ball valves and increase the success rate of pressure maintaining in the coring process of high inclination wells and horizontal wells. Third, during the field application of the new tool in 5 wells by 27 barrel times, the average core recovery rate is 87.5% and the success rate of pressure maintaining is 92.6%. In conclusion, the new tool can reach the design target of core diameter and pressure maintaining capacity, meet the needs of pressure maintaining coring in deep sea, deep seated and unconventional oil and gas reservoirs, and provide technical support for the reservoir evaluation and stimulation of conventional and unconventional oil and gas reservoirs.Keywords: Drilling coring; Pressure-maintaining coring tool; Core diameter; Pressure maintaining capacity; Large-bore ball valve; Seal assembly; Pressure-maintaining inner cylinder; Core recovery基金项目：中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“南海神狐海域天然气水合物钻采关键技术研究”（编号： 2017B-4906）。
一种天然气水合物岩心试样保压转移式三轴装置及方法随着世界能源需求的不断增长，天然气水合物作为一种新型清洁能源备受关注。
天然气水合物是一种结晶化合物，通常以固体形式存在于海底或极寒地区的水合物层中。
在探索和开发天然气水合物资源的过程中，地质样品的物性测试是至关重要的一环。
保压转移式三轴装置是一种用于进行天然气水合物岩心试样物性研究的设备，本文将介绍一种新型的天然气水合物岩心试样保压转移式三轴装置及其应用方法。
1. 装置结构该装置主要由试样室、压力传感器、温度控制装置、液压系统和数据采集系统等组成。
试样室用于放置天然气水合物岩心试样，通过压力传感器和温度控制装置可以实时监测和控制试样的压力和温度。
液压系统用于提供试样加载和应力加载所需的压力，数据采集系统用于记录试样的变形和变化情况。
2. 装置原理在进行试验前，首先将天然气水合物岩心试样放置在试样室中，并通过液压系统施加一定的保压力，保持试样处于天然状态。
随后，通过液压系统对试样施加轴向力和径向应力，模拟地下条件下的应力环境。
在试验过程中，可以实时监测试样的压力、温度和变形情况，并及时调整加载条件。
3. 应用方法该装置可以用于研究天然气水合物岩心试样的力学性质、渗透率和渗透性等物性参数。
通过改变加载条件、温度和保压力等，可以模拟不同地质条件下的天然气水合物层物性情况。
通过数据采集系统可以记录试样的变形和变化情况，为后续的分析和研究提供数据支持。
4. 结论该天然气水合物岩心试样保压转移式三轴装置及方法具有结构简单、操作方便、数据准确等优点，适用于天然气水合物岩心试样的物性研究。
该装置可为天然气水合物资源的勘探开发提供重要的实验数据支持，对促进天然气水合物资源的开发利用具有重要意义。
通过引用该文献提供更深入的相关信息和数据支持，将使文章更加具有说服力和权威性。
随着世界对清洁能源需求的不断增加，天然气水合物作为一种新型的可再生能源备受关注。
天然气水合物是一种能源资源丰富、储量巨大的能源形式，被视为未来能源供应的重要替代品。
GWY194-70BB型保温保压取心工具的研制和应用杨立文;孙文涛;罗军;王光玥;王俊明【摘要】GW194-70BB型保温保压取心工具是为寻找和提升天然气水合物实物样品钻取率而研制的特殊取心工具。
该工具通过内筒独立密封机构、复合真空隔热保温内筒、氮气压力补偿系统、电子多点随钻测量总成实现了岩心样品的温度保持、压力保持和海量的数据测量，解决了常规工具无法保持岩心压力和温度造成的天然气水合物实物挥发、测量数据不全等难题。
在常规井实验中取得了保压成功率93%、保温率80%、温度变化率2~2.5℃/h 的良好效果，现场试验表明，该工具在温度保持、压力保持方面可以完全满足天然气水合物样品的钻探与取样要求，对获取天然气水合物样品、提升天然气水合物勘探开发效果具有重要意义。
%The GW194-70BB heat and pressure preservation coring tool is developed speciifcally for exploring gas hydrate and improving the recovery rate of gas hydrate samples. This tool has realized insulation and pressure keeping of core samples, surveying of massive amount of data, and solved problems such as volatilization of gas hydrate sample due to being unable to preserve core pressure and temperature by conventional tools and incomplete survey data. The tool achieved satisfactory performance in the test of conventional wells:93%pressure keeping rate, 80%insulation rate, and 2-2.5℃temperature variation rate per hour. Field tests show that this tool can meet the requirement of drilling and sampling of gas hydrate in terms of insulation and pressure keeping and is of great signiifcance to recovering the gas hydrate samples and improving the effect of gas hydrate exploration and development.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P58-61)【关键词】取心工具;保压;保温;天然气水合物【作者】杨立文;孙文涛;罗军;王光玥;王俊明【作者单位】中国石油长城钻探工程技术研究院，辽宁盘锦 124010;中国石油长城钻探工程技术研究院，辽宁盘锦 124010;中国石油长城钻探工程技术研究院，辽宁盘锦 124010; 东北石油大学，黑龙江大庆 163318;中国石油长城钻探工程技术研究院，辽宁盘锦 124010;中国石油长城钻探工程技术研究院，辽宁盘锦124010【正文语种】中文【中图分类】TE921.3保温保压取心技术是能使取出的岩心始终保持在地层原始压力和温度状态的取心技术［1］。
第46卷第3期 石 油 钻 探技术Vol.46No.3 2018 年 5 月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES May,2018◄钻井完井#doi：10. 11911/syztjs.2018002天然气水合物保温保压取心工具研制及现场试验任红，裴学良，吴仲华，周广清，杨启贞，许俊良(中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257000)摘要：天然气水合物一般赋存在深海海底浅层地层中，受扰动易分解，采用常规取心工具难以取得样品，为 此进行了天然气水合物保温保压取心工具的研制与现场试验"采用三维设计软件设计了绳索式天然气水合物保温保压取心工具整体结构，介绍了伸缩插入式、活塞射入式、冲击器冲击式和马达旋转式4种类型取心工具的具体结构和工作原理；为使研制的取心工具具有保持温度和压力、压力补偿、快速打捞和减小取心扰动等功能，研究了保温保压取心关键技术"通过室内模拟分析保压密封阀、保温筒、压力补偿装置、岩心管、绳索打捞回收装置等关键部件，证明保压密封阀可保压30.0MPa，保温筒采取填充隔热复合材料二氧化硅气凝胶的方式，受环境温度的影响减小，其他部件的性能也都符合设计要求"南海LW3区块天然气水合物赋存区2 口井13回次的取样试验结果表明，研制的绳索式天然气水合物保温保压取心工具能够成功取心，为国内天然气水合物的自主勘探取心提供了技术支撑"关键词：天然气水合物*呆温*呆压；取心工具；南海LW3区块中图分类号：TE921+.3 文献标志码：A文章编号：1001-0890(2018)03-0044-05Development and Field Tests of Pressure-TemperaturePreservation Coring Tools for Gas HydrateREN Hong,PEI Xueliang,WU Zhonghua,ZHOU Guangqing,YANG Qizhen,XU Junliang {D rilling Technology Research Institute$Lino pec Shengli O ilfield Service Corporation$)o n g y in g, Shandong，2)7000，China)Ab str a ct ：Natural gas hydrates that exist in the shallow stra^of deep sea f ble and are easily decomposed when disturbed.It is difficult to obtain samp^by nology.Therefore,the development and field test of pressure-temperature preservation ir in g tools for gas hydrate have been carried out. 3D software was used to design the overall structure temperature preservation coring tools for gashydrate.The test incorporated thedetailed structures and working principles of four types of coring tools,including telescopic insertion type,piston iitection type, impact type and motor rotation type.In order to assure that the tools can maint andpressure,and that they alsow ill have theattributeso fp ressurecom p ensation,rapid fishing,and reduced coring disturbance,we studied the key technologies of pressure-temperature tools.We conducted iidoor simulation analysis o key parts such as pessure tube,pressure compensation device,core tube,and rope fishing and recovery device.The results showed that the pressure sealing valve could withstand pressure 30. 0 M Pa,they also demonstrated that an insulation barrel filledw ith heat insulaticin composite silica aerogel could reduce the influence of ambient temperature on it,and the performances of other components also meet the design requirements.We completed 13 runs of sampling in tw ow ells in the gas hydrate reservoir of LW3 Block in the suits demonstrate that the r ope-type pressure-temperature preservation coring tools can successfully take gas hydrate cores.This new u nderstanding and knowledge will provide technical support for the independent exploration and coring of gas hydrates inChina in the future.Keywo r d s:gas hydrate；heat preservation；pressure preservation；coring tool；LW3 Block of the South China Sea天然气水合物对温度、压力的变化很敏感，受扰动易挥发，取心难度极大，我国一直没有研制出适合的取心工具，也没有进行相关的研究。
在此 下，我国于2007和2013年分别租用国外公司的式保压取心工具F P C和 式保压取心工具FRPC,采用国外公司的钻探船进行了天然气水合物勘探收稿日期=2017-12-25;改回日期=2018-03-23。
作者筒介：任红（1980—％女，辽宁铁岭人，2003年毕业于吉林大学勘察工程专业，2008年获吉林大学地质工程专业博士学位，高级工程师，主要从事钻井工具方面的研究工作。
E-mail: renhongzjy @163. com。
基金项目：国家高技术研究发展计划（“863”计划）项目“天然气水合物钻探取芯工程样机及配套技术（编号&013AA092602)资助。
第46卷第3期任红等.天然气水合物保温保压取心工具研制及现场试验•45•取心，证实我国蕴藏有丰富的天然气水合物资源。
与此同时，国内多家机构也开始了天然气水合物取心工具的研。
但由于国内配套的钻探设备，相关研发工作、特别是 能进入深海天然气水合 的取心工具的研制工作进。
中石化胜利石油工程有限公司工艺研究院是国内最早开始天然气水合物取心工具研发的单位之一，为减少探过程中对天然气水合物的扰动，通过天然气水合 温保压取心试验M，在 深海绳索快速取心、保温保压和压力补偿等关后，设计了适用于海 的多 业方式的绳索式天然气水合物温保压取心工具。
在室内和浅海进行功能性试验后，于2017年 5 深水钻探船海洋石油708,在天然气水合取得样品，证明了该工具的可行性，为我国海然气水合勘探取心提供了撑。
1绳索式保温保压取心工具结构及工作原理天然气水合物绳索式保温保压取心工具包括绳索打捞回收系统、锁定释放系统、保温保压系统、压 力补偿系统、密封系统、 温压监测系统和取样系统等，如图1所示。
1 2 3 4 5 6 7图1绳索式保温保压取心工具结构示意 Fig. 1Structural sketch for rope type temperature-pressure preservation coring tool+绳索打捞回收系统％.锁定释放系统％.保温保压系统％4.压力补偿系统％.密封系统；6.控制及温压监测系统％.取样系统其工作原理是，用绳索将内部工具组合送入下部钻具组合内，锁定释放系统到位后开始取心，取心 结束后，打捞内部工具组合，岩心管差动进入保温保压系统，关闭密封阀实温保压 封，上提过程中压力补偿系统自动工作进行补压， 然气水合物的保温保压取心。
根据取心作业方式不同，绳索式保温保压取心工具分为伸缩式、活塞射入式、、式和马 式4 型，可根据天然气水合进行选择，保证在不起钻的下 探取 心 业 。
1.1伸缩插入式保压取心工具伸缩插入式保压取心工具的结构如图2所示。
1 2 3 4 5图2伸缩插入式保压取心工具结构示意Fig.2 Structural sketch of telescopic insertion type pressure preservation coring tool+打捞矛头％.锁定弹卡％.保温保压筒％4.密封阀％.非干扰取心管该工具适用于海底表层很软的沉积物取心。
其 工 是，工具下 位后锁定弹卡弹出，进入下具组合外筒台肩中，起 定的作用，非干取心管提出，取心工具靠钻具施压插进行 取 心 ，取 心 后 ，索 提 程中取心 动进 温保压筒，实 压取心[+3]。
1.2!式 压 工活 射 式 压 取 心 工 具 的结 构 图 3所示 。
1 2 3 4 5 6I\1111图3活塞射入式保压取心工具结构示意Fig.3 Structural sketch of piston injection type pressure preservation coring tool+打捞矛头％.座环％.液压剪销％4. 温压5. 封6. 取心活塞射入式保压取心工具适用于海底表层很软和 的沉积物取心。
