深海天然气水合物钻探取心技术

天然气水合物作为一种高效、清洁的新能源,已经引起世界广泛关注,由于其不稳定性,采用的钻探取心装置必须具备保真功能。简要介绍了国内外4种天然气水合物取心装置及国内取心工具研究进展,叙述了胜利石油管理局钻井工艺研究院承担国家“863计划”重大专项“天然气水合物钻探取心关键技术”采取的取心工具方案。     

天然气水合物深水深孔钻探取心系统研制

海底天然气水合物在低温（0～10 ℃）、高压（大于10 MPa）、有充分的烃类连续补给并在水参与的条件下形成。对其常规取心和提取到地面的过程中,伴随温度压力的改变,很容易从固态变为气态,造成天然气散失而影响储层评价的可靠性。为此优选超高真空绝热方式设计金属保温筒和压力补偿方式实现保温保压功能,进而研制成功了天然气水合物深水深孔钻探取心系统：在取心实施过程中,利用取心专用钻杆将绳索取心内筒组合送入海底进行取心作业,取心结束后,从井口放入绳索提起取心内筒总成,带动活塞上行,产生负压使球阀关闭,实现保温保压取心;当需要进行全面钻进时,从井口投入全面钻进钻头塞堵塞流道,实现取心钻头快速钻进;连续取心时,用绳索提出钻头塞组合,然后投入取心内筒总成,实现取心作业。在胜利油田浅海区域成功地进行了该取心系统工作性能试验和现场模拟试验,结果证明：该系统能够实现保温保压取心的目的。     

天然气水合物保温保压取心工具研制及现场试验

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30.0 MPa,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。      

天然气水合物钻探取心关键技术研究进展

天然气水合物是一种高效、清洁的新能源,由于它的不稳定性,采用的钻探取心装置必须具备保温保压功能。目前,国内的取样装置均是在调查船上进行作业的,仅限于在10 m之内的沉积物中取样,石油钻探用保压取心工具均无法达到该要求。国外资料调研表明,采用绳索保温保压取心方案可减少样品在起钻过程中的时间,使岩样尽量接近原始状态。简要介绍了国内外钻探取样技术的发展情况及天然气水合物取样方案的初步设想,目的是加快水合物的勘探步伐,使该清洁能源早日服务于人类。     

用于深水钻井泥浆的新型天然气水合物抑制剂

作业者冒险进入深水区域将面临大量的技术挑战。钻井泥浆的设计必须强调传统的工程问题，如井底清洁、井壁稳定、岩屑稳定和可能的天然气水合物地层。在墨西哥较深的井段，孔隙压力和压裂梯度之间的压差或许是非常小。在陆地，压裂压力是由地层施加的上覆岩层压力的函数值。另一方面在海洋的应用，海水减少了上覆岩层压力梯度。在深水钻井中，为了使钻井泥浆能从井底泵送到海平面以上接近80－100ft的钻台上。在合适的套管鞋位置被确定之前，大量的井必须在直至海底都无隔水管的情况下被钻进。当作业者进入深水区域时，钻井泥浆必须被设计成适合于低压裂梯度和潜在的天然气水合物地层的泥浆。     

钻井取心技术现状及进展

随着油气勘探开发向更深更复杂储层推进,取心作业面临着获取高质量、大尺寸、多数量岩心的挑战,常规取心工具越来越难以满足需求。目前人们注意较多的钻井取心技术主要是随钻取心、井壁取心和海绵衬管取心等,不同技术各具优势和缺陷。详细介绍了国内常规取心、随钻取心、保压取心、井壁取心的技术现状和国外近几年在钻井取心技术方面取得的主要进展;结合相应的技术指标和应用效果,对国内外总体发展情况进行了概括;针对我国取心技术现状,国内在取心装置的研发过程中应重点关注硬件材料选择、装置密封方式、温度和压力传感器的承受度及岩心分析需求等方面,着力开发高端工具,掌控核心技术,以更好地促进和推动我国钻井取心技术发展。     

深水钻井井筒中天然气水合物生成区域预测

综合考虑天然气水合物生成热力学、温度和压力条件,预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域.针对深水钻井的特点,建立了多相流控制方程组(包括各相的连续性方程和动量守恒方程)、环空和钻杆内的温度场方程以及水合物生成热力学方程.针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法以及求解步骤.通过仿真算例讨论了在钻进、停钻和压井过程中相关参数对天然气水合物生成区域的影响规律.结果表明:循环流量越高,抑制剂浓度越大,停钻时间越短,节流管线尺寸越大,水合物的生成区域就越小.算例研究还表明,多因素相结合抑制水合物生成的效果比单因素抑制水合物生成的效果更好.依据此计算方法还可对各参数进行优化.图7参16     

深水钻井井简中天然气水合物生成区域预测

综合考虑天然气水合物生成热力学、温度和压力条件，预测深水钻井井筒中天然气水合物生成区域。针对深水钻井的特点，建立了多相流控制方程组（包括各相的连续性方程和动量守恒方程）、环空和钻杆内的温度场方程以及水合物生成热力学方程。针对不同的钻井工况给出了方程的定解条件、方程离散方法以及求解步骤。通过仿真算例讨论了在钻进、停钻和压井过程中相关参数对天然气水合物生成区域的影响规律。结果表明：循环流量越高，抑制剂浓度越大，停钻时间越短，节流管线尺寸越大，水合物的生成区域就越小。算例研究还表明，多因素相结合抑制水台物生成的效果比单因素抑制水合物生成的效果更好。依据此计算方法还可对各参数进行优化。图7参16     

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。     

深水钻井取心深度测量方法的设计与应用

随着深水油气资源的不断发现,固定式钻井平台向移动式钻井平台发展。作为移动式钻井平台之一的浮式钻井平台受平台升沉的影响,深水钻井取心技术面临取心钻具入井状态监测、取心进尺计算和取心深度校正等难点。通过分析深水浮式钻井平台的设备特点,结合实际作业经验,设计出一套适合深水钻井取心作业深度测量的操作方法。现场应用表明,该方法可以有效消除平台升沉对取心过程的影响、判断沉砂情况、精确计算取心进尺,确保所取岩心满足设计要求。     

深海天然气水合物钻探取心的难点与对策

文中简要介绍了天然气水合物的性质、形成、稳定条件、分布情况以及国内外勘查研究新动向,从钻探风险、储存温度、岩样获取、钻探设备等方面分析了天然气水合物钻探取心的难点,提出了天然气水合物钻探取心有关技术问题和解决的对策,提出了国内开展天然气水合物钻探取心的工作思路,对国内开展相关技术的研究有一定的指导意义。     

海底孔内水合物观测系统与钻井实施

通过耦合布设海底表面和孔内水合物观测系统获取物理、化学、微生物等数据是了解掌握海洋水合物环境动态变化、碳循环规律和资源开发技术的有效手段,据此初步提出了一套海底孔内水合物观测系统,并指出了系统的关键技术难点。而在钻井布设该孔内观测系统时,要注意防止井内安全事故的发生,充分评估安放位置处含水合物地层的地质力学稳定性并采取适当的钻井和完井方式稳定或强化含水合物地层以支撑孔内观察仪器,实现孔内长期监测。最后讨论了在我国南海实施孔内水合物观测系统的必要性,并提出了初步想法。     

深水海底钻进泥浆中使用的天然气水合物抑制剂

1 引言 在深水(水深大于300m)海底钻进过程中常会有天然气水合物形成.钻井泥浆中一旦有天然气水合物形成,将会对钻井工程和设备造成严重危害.目前解决的办法主要是在泥浆体系中加入抑制剂来抑制天然气水合物的形成.关于这方面的研究成果目前国内尚未见到,本文主要对近10年来国外在天然气水合物抑制剂的类型、作用机理及相关泥浆体系等方面的研究成果作一综述.     

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。     

白云6-1-1井深水钻井技术

白云6-1-1 井位于南海东部海域,水深1036 m,是国内第2 口超千米水深的深水预探井。针对深水钻井的特点,在该井采用了相应的井身结构及套管程序、钻具组合、主要作业程序和工艺措施等,有效地解决了深海环境和作业风险的挑战,提高了作业效率。白云6-1-1 井深水钻井技术的成功完钻必将对今后国内深水钻井作业产生积极的影响,同时对国内钻井技术的发展有一定的借鉴作用。     

气体循环钻井井口气量控制技术

以气体瞬变流理论为基础 , 结合地层渗流相关理论和气体循环钻井工艺原理建立了一套气体循环钻井井口气量控制的理论模型。模型根据气体在流动过程中应遵从的基本规律 ,描述了地层渗流和井口流体的各种运动特性以及动态压力平衡关系 ,详述了气体循环钻井钻遇气层时井口气量的控制方法。通过 Mac Cormack方法求解理论模型 , 利用数值模拟方法对气体循环钻井钻遇气层过程进行了系统的模拟计算和分析,研究结果对气体循环钻井钻遇气层进行动态过程的描述对指导现场施工具有现实意义。     

深海石油钻采技术

中国能源消耗剧增,供给不足,深海勘探开发势在必行。介绍了国外海上钻井技术的发展概况,提出了国内深海 钻采面临的各种困难;概括了半潜式钻采平台、深水钻井船、浮式生产储油卸油装置、张力腿平台、深吃水柱筒式平台5 种深海钻采平台的特点,并对国内选取平台提出了一些建议;总结了4 种深海开发模式,根据国内实际海洋开发环境建议选用 “FDPP+WHXT+ FPSO/FSO”模式比较合理;最后展望了深海钻采技术的发展趋势——大型化,先进化,联合化,可燃冰也将成 为新的关注热点。学习国外先进技术和走自主开发的路线是国内深海石油钻采技术发展的必然选择。     

气体钻井的适应性评价技术

气体钻井对地质条件、设备及工艺的要求较高,因适应性评价不充分而导致气体钻井失败的实例屡见不鲜,目前国内还缺乏相应的气体钻井适应性评价技术体系。基于气体钻井的必要性、工程可行性、经济可行性评价所涉及的关键技术,建立了气体钻井适应性评价技术体系,开发了相应的评价软件系统。此举有利于促进气体钻井的科学选区、选井和选层,减少决策的盲目性,推进气体钻井技术在油气田、煤层气田勘探开发领域的高效应用。     

气体循环钻井井筒气量控制技术

通过对井筒气量控制的研究,可以提高循环钻进效率,并能有效降低设备压力控制的难度,为循环钻井施工提供合理的气量补充和排放方案,并为节点压力控制提供指导。依据封闭气体循环钻井工艺特点,开展针对循环钻井在不同注入条件下井筒压力的研究,利用压力分布研究成果,依据气体PVT理论,建立了井筒内部?环总气量计算模型,研究了在动态条件下井筒内气体质量分布。在此基础上,结合封闭气体循环地面设备控制要求,确定了井筒气量控制的合理区域。研究结果表明,随着井深的增加,单位进尺气量补充量增加,同时合理气量窗口逐渐变宽,如果井筒气量不足,井口将出现负压。