深水钻井液体系中气体水合物的形成研究

近年来海洋石油勘探逐步向深水区域发展,由于水深问题带来的各种复杂情况给钻、完井带来了更为严峻的挑战。目前国内深水钻井液领域的研究尚属起步阶段,实验手段缺乏。结合相关的模拟实验对海洋所使用的钻井液体系气体水合物的生成情况进行了详细地研究,得出了抑制水合物形成的方法,即通过现场调节钻井液的密度来控制井筒中的压力;改变钻井液体系的冰点,使其自身的冰点尽可能低,这样就可以有效地避免深海钻进过程中气体水合物的生成。通过室内实验及分析,对海洋深水钻井液的发展提供一些借鉴。     

钻井液组分对气体水合物的影响

海洋深水钻井过程中容易遇到气体水合物堵塞井筒、环空、防喷器等钻井事故.用THF/ SSW测试法对部分钻井液组分做了评价试验,包括粘土、NaCl、MgCl2、CaCl2、XY-27、FCLS、CMC、PSC、PEG等.结果表明,钻井液无机组分中,粘土对气体水合物的形成起促进作用,而NaCl、MgCl2、CaCl2等无机盐则起抑制作用;大部分有机处理剂对气体水合物的形成起抑制作用.在了解了各组分对气体水合物形成的影响后,可以调节组分的用量,以达到抑制气体水合物形成的最佳状态.     

钻井液处理剂对气体水合物生成温度和压力影响研究

针对海洋深水钻井过程中可能出现的气体水合物影响问题,对目前海洋常用的水基钻井液体系抑制气体水合物形成能力以及不同处理剂对气体水合物生成温度和压力的影响进行了研究,并构建和评价了适合于深水钻井的高盐聚胺钻井液体系.研究结果表明,盐类和醇类处理剂能有效抑制气体水合物的生成,高盐聚胺钻井液体系能满足深水钻井的需要.     

深水钻井液中水合物抑制剂的优化

深水钻井遇到的重大潜在危险因素之一是浅层气所引起的气体水合物问题。气体水合物稳定存在于低温、高压条件下,如果在深水钻井管线中生成,会造成气管、导管、隔水管和海底防喷器等的严重堵塞,且不易解除,从而危及工程人员和钻井平台的安全。利用新研制的天然气水合物抑制性评价模拟实验装置,初步探索了搅拌条件、膨润土含量及钻井液添加剂对气体水合物生成的影响规律。研究表明,搅拌和膨润土的存在可以促进水合物的生成,而多数钻井液添加剂则对水合物的生成有一定抑制作用。研究了常用水合物抑制剂作用效果,实验表明,动力学抑制剂不能完全抑制水合物的生成,其最佳加量为1.5%;热力学抑制剂虽能最终抑制水合物的生成,但加量较大,NaCl抑制效果好于乙二醇;动力学与热力学抑制剂复配具有很好的协同作用。在实验基础上优选了适合于3 000 m水深的深水钻井液用水合物抑制剂配方。     

天然气水合物对深水钻井液的影响及防治

随着海洋钻井作业数量和深度的增加，钻井作业难度不断加大，海洋深水钻井作业环境恶劣，操作条件复杂，其中之一便是钻井液（主要是水基钻井液）中易形成天然气水合物。钻井液中一旦形成天然气水合物，会造成井壁失稳、堵塞井筒，钻井液无法循环，造成作业周期延长、钻井成本增加等。为解决钻井中天然气水合物的危害，综述了天然气水合物的形成机理。提出在深水区域钻井作业实施前，要充分估计到井口、防喷器、节流和压井管线中形成天然气水合物的可能性，一旦形成天然气水合物，可通过调节钻井液密度来控制井筒中压力，保持最低的安全钻井液密度来防止天然气水合物的形成。     

海水钻井液的水合物抑制性实验研究

利用水合物生成及模拟微钻实验系统对部分钻井液处理剂及聚合醇无黏土海水钻井液进行了水合物抑制性实验研究.结果表明:黏土对水合物生成有明显促进作用;改性淀粉、聚合醇对水合物生成有一定的抑制作用;动力学抑制剂PVPK90有良好的水合物抑制能力;在-4℃和18.8 MPa附近压力条件下,加入动力学抑制剂的聚合醇无黏土海水钻井液能有效抑制水合物生成.     

应用DSC技术评价深水钻井液气体水合物抑制性

在海洋深水钻探过程中,低温高压条件易促成气体水合物的形成,对钻井作业带来很大的危害,必须加以预防.预防气体水合物危害的通常方法是在深水钻井液中加入水合物抑制剂增强其水合物抑制能力,这就需要对深水钻井液的抑制性有一个合理的评价.用传统评价水合物抑制剂的PVT技术来评价钻井液存在一定的不足.介绍了一种评价深水钻井液气体水合物抑制性的新方法--DSC技术,并阐述了其技术原理,同时评价了室内开发的适合于深水钻井的水基钻井液体系的水合物抑制性能.     

用高压微量热仪评价深水钻井液气体水合物抑制性

评价水合物生成的传统方法一般存在需要大型设备、实验周期长、精确性差等问题，为此建立了一种评价深水钻井液气体水合物抑制性的新方法——DSC技术。在了解气体水合物生成环境、对深水钻井的危害及传统评价方法的基础上，利用高压微量热仪的特点，研究了甲烷气体在不同液体介质中生成气体水合物的规律，建立了钻井液气体水合物抑制性评价方法，给出了用DSC技术评价盐水和深水钻井液气体水合物抑制性实例。研究表明，用高压微量热仪测试钻井液水合物抑制性的方法快捷、方便、准确，测试结果与传统方法吻合，深水水基钻井液体系具有较好的水合物抑制性能。     

深水高盐/阳离子聚合物钻井液室内研究

通过实验优选出适合海洋深水钻井的高盐／阳离子聚合物钻井液体系。该体系以20％NaCl作为水合物抑制剂，以高分子量的阳离子聚合物作为絮凝剂，以小分子量的阳离子聚合物作为粘土稳定剂，配合降滤失剂、增粘稳定剂、润滑剂等配制而成。室内实验表明：该体系具有良好的流变性、较强的抗污染能力、较强的抑制性和良好的油气层保护能力，同时能阻止低温下天然气水合物的形成，满足今后的海洋深水勘探需要，减少深水钻井作业风险。     

海洋深水钻井的钻井液研究进展

在参阅大量海洋深水钻探方面的技术文献资料的基础上 ,对海洋深水钻探中的钻井液使用作了归纳和总结。目的在于借鉴国外成功经验 ,为我国今后开展这方面研究工作做一些技术信息方面的铺垫 ;还结合国外海洋深水钻井液研究现状 ,提出了对海洋深水钻井的钻井液研究的几点建议。     

循环钻井液气测录井资料在油气层解释中的应用

循环钻井液气测井,是判别储层流体性质和侵入程度的重要手段。它不仅可以识别随钻气测录井的真假异常,且能够确定油气显示的深度。该文将循环钻井液实测资料划分了三种不同类别。并探讨了钻井液在静止过程中出现储层油气上窜的现象。摸索出油气上窜深度的计算方法,较传统的计算方法有了新的改进。使循环钻井液气测资料解释在松辽盆地大安地区获得了较好的地质应用效果。     

深水高温高压井钻井液技术

LS25-1S-1深水高温高压井实钻井深为4 448 m,完钻层位为梅山组,采用六开井身结构,φ212.7 mm井段为目的层段,压力系数预测为1.70~1.84,安全密度窗口窄,需重点关注井控、防漏和水合物生成的预防;同时由于井底温度约为147℃,而出口温度只有17℃,保持钻井液在高密度下的高、低温稳定性、防重晶石沉降、良好流变性和储层保护是该井段技术重点。以LS区块气源为研究对象,通过利用水合物抑制软件HydraFLASH绘制不同抑制剂浓度下水合物P-T相图,优选出钻进及静止期间水合物抑制配方:（9%~15%）NaCl+5% KCl+10% KCOOH+（0~45%）乙二醇。选用了抗高温降滤失剂HTFL,其加量为0.8%时体系高温高压滤失量小于10 mL,泥饼质量好。研发了一种新型的封堵剂PFFPA,PF-FPA较FLC2000具有更好的封堵降滤失效果。性能评价结果表明,该体系抗温达170℃,高低温流变性平稳,能抗10%的钙土污染,而且沉降稳定性好,封堵能力强,渗透率恢复值在80%以上,储层保护效果好。在现场应用中,通过Drill Bench软件模拟,将排量降至1 400 L/min,此时ECD为1.94 g/cm3,小于漏失压力当量密度（1.96 g/cm3）,ROP为10 m/h,岩屑传输效率仍在85%以上,满足携岩要求。该井顺利完钻,表明该套钻井液技术解决了现场作业难题。      

深水聚胺高性能钻井液试验研究

聚胺高性能钻井液是性能最接近油基钻井液的水基钻井液,在深水钻井领域具有广阔的应用前景。为降低钻井液成本,在研制聚胺强抑制剂的基础上,考虑水合物抑制及低温流变性等因素,通过优选处理剂,构建了适用于深水钻井的聚胺高性能钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液可抗150 ℃高温,且低温流变性优良,2 ℃和25 ℃的表观黏度比和动切力比分别为1.36和1.14;其抑制页岩水化分散效果与油基钻井液相当,体现了其强抑制特性;在模拟1 500 m水深的海底低温高压(1.7 ℃,17.41 MPa)条件下,具备120 h抑制水合物生成的能力;抗钙、抗劣土污染能力较强;无生物毒性,能满足深水钻井环保要求。其主要性能指标基本达到了用于深水钻井的同类钻井液水平,可满足深水钻井要求。      

气体钻井转化常规钻井的替入钻井液技术

针对全国大规模推广应用气体钻井技术的情况,详细地分析了气体钻井所形成的井眼条件和替入钻井液时可能发生的井下复杂。气体钻井时,在井眼周围地层岩石应力得到充分释放,形成更多的应力释放缝,加之井壁岩石干燥,没有滤饼保护,当气体钻井完成后替入钻井液时,易引起多种井下复杂。针对替入钻井液后可能发生的井下复杂,提出了气体钻井转化常规钻井的替入钻井液优化配方及现场工艺技术对策,并通过多口井的现场试验,对降低井下复杂,缩短恢复常规钻井的周期见到了明显效果。     

海域天然气水合物的形成及其对钻井工程的影响

将气体生成水合物的条件与深水钻井井筒温度压力、地层温度压力分布相结合，证实了深水钻井过程中形成水合物和钻遇天然气水合物层的可能性。天然气水合物的形成会改变钻井液的性质、堵塞井筒、环空及防喷器；水合物层的分解会造成沉积物坍塌、井壁失稳，引起井漏、井喷等一系列问题，给钻井作业造成巨大的经济损失，甚至使钻进无法正常进行。国内外近几年在天然气水合物研究勘探方面的经验表明，解决水合物问题常用的方法是加入水合物抑制剂，或者是采取必要的措施来防止井喷，将钻井液中的气体循环出去。     

涩北气田高矿化度地层盐水强包被聚合物钻井液

青海涩北气田位干柴达木盆地东部三湖地区,平均海拔2 700 m左右,地表为盐碱滩,寸草不生.该气田的井存在地层缩径严重、起下钻遇阻遇卡、盐水侵、井漏频繁、测井一次成功率低、钻井速度慢等钻井技术难题.为加快建设高原千万吨级油气田,开展了青海涩北气田优快钻井技术项目,研究了由高矿化度地层复合盐水配制的强包被聚合物钻井液技术,并在涩北气田第四系含盐地层试验成功,形成了配套的钻井液配制工艺和维护处理技术措施.该钻井液具有优异的包被抑制能力,解决了制约涩北气田钻井提速的起下钻遇阻遇卡、测井一次成功率低等技术瓶颈,对提高涩北气田钻井速度、保护产层、加快气田开发等方面起到了一定的促进作用.     

防塌与保护气层的钻井液技术

利用X-射线衍射、电镜扫描、岩心流动、表面张力测定等试验，对胜利油田孤北区块中生界及上古生界易塌地层的矿物组构、理化性能以及气层损害主要机理进行了分析。在分析易塌地层井眼失稳与气层损害机理的基础上，依据化学力学耦合井眼稳定理论，针对易塌地层特点，确定了“强化封固井壁-强化抑制降高温高压滤失-合理密度力学支撑井壁合理的钻井水力参数”钻井液协同防塌技术。利用优选的高效防塌剂和新研制的气层专用保护剂，开发出了一套防塌与保护气层的钻井完井液体系，并进行了2口井的现场试验。2口试验井均未发生井下复杂情况，与邻井相比，井眼稳定性明显提高，气层保护效果较好，钻井液维护处理较简单，基本形成了一套与地层匹配、防塌、气层保护效果较好的钻井完井液技术。     

正电胶钻井液保护天然气藏室内研究

针对中原油田保护油气层技术现状和陕北富县风险探区低孔、低渗储层特征，提出了合理保护天然气藏的新观点。借助OFI-170-50高温高压动失水仪、YPM-02高温高压页岩膨胀模拟试验仪等仪器，对比分析了正电胶钻井液体系强抑制、防水锁的天然气藏保护效果，为钻井完井液保护深层气现场施工提供一定的理论依据。     

深水钻井液国内外发展现状

分析了墨西哥湾、巴西、西非等深水区块地层特性，介绍了深水盐层特性以及钻井过程中面临的技术挑战，并针对深水盐岩及活性泥岩等复杂地层对钻井液设计提出了要求，结合国内外不同公司研制开发的深水高性能水基钻井液以及深水恒流变合成基钻井液体系，归纳总结了深水钻井液国内外发展现状。