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 30 0 m)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 1 0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。2　天然气水合物抑制剂国外的试验和实践表明[1～ 6] ,在对泥浆的流变特性和漏失特性影响不大的情况下 :乙二醇衍生物、乙二醇衍生物混合物、盐类与醇的混合物等抑制剂可…     

��Ȼ��ˮ����ϳɼ�΢��ʵ��װ�����

天然气水合物是一种非常规的、洁净天然气资源，开采难度大。文章主要介绍了水合物实验研究设备——天然气水合物合成及微钻实验装置。该设备为科研人员在实验室内进行天然气水合物形成条件，模拟自然环境下进行天然气水合物钻采以及进行钻井工艺实验研究提供了良好的实验基础。文章介绍了设备的主要组成部分、材料选择及各部件的主要工作机理，设备可适用的实验内容等。     

地面分解法开采海底天然气水合物

在海底和永久冻土地带天然气水合物的储量巨大，很多国家加大了对海底天然气水合物的勘探和研究力度。由于受物理化学特性的影响，天然气水合物在压力、温度改变的情况下会发生分解，海底天然气水合物的开采难度大。热溶法、抑制剂刺激法等理论方法都不适合于海底表层天然气水合物的开采。介绍了地面分解法这一天然气水合物开采的新方法，该方法利用海底采矿技术，将水合物通过管道输送到海上平台，加以分解利用。该方法在理论上克服了海底天然气水合物在海底分解时吸收热量使周围环境温度降低而无法继续进行的困难，也克服了不能用传统的减压法开采等缺点，具有简单、经济适用，能长期工作等特点。但在实际生产中，需要对工作参数的合理确定、沉渣排放对海洋环境的影响等问题进行深入研究。     

新型水基聚合醇钻井液性能评价

由于原住天然气水合物极度不稳定,在钻探和取心过程中易发生分解,进而导致一系列意想不到的钻井事故.因此,在水合物地层钻井首先要防止水合物大量分解,而要达到此目的,科学合理地选择钻井液则是重要举措之一.针对海底天然气水合物地层及其钻井的特性,给出了钻进海底天然气水合物地层时钻井液体系的设计原则,根据此原则在充分考虑现有常用聚合醇钻井液体系特点的基础上,设计了一种适合海底天然气水合物地层钻井的新型聚合醇钻井液,并对其页岩水化抑制性、低温流变性和水合物生成抑制性(动态和静态)进行了评价.结果表明,该钻井液体系能够有效抑制页岩水化分解和防止水合物在循环管路内重新生成,且在低温条件下具有良好的流变性能,能够有效保持井壁稳定,清洁和冷却孔底,是一种比较适合海底天然气水合物地层钻探的钻井液体系.     

天然气水合物微钻实验台设计

为了更好地掌握天然气水合物钻井过程中温度、压力以及循环液对水合物分解抑制及诱发分解机理 ,设计了人工合成天然气水合物微钻实验台。该设备为科研人员在实验室内进行天然气水合物形成条件、模拟自然环境下的天然气水合物钻采以及钻井工艺实验研究提供了良好的实验基础。介绍了设备的主要组成、材料选择及各部件的主要工作机理、设备可适用的实验内容等。该设备将合成装置与微型钻台有机地结合在一起 ,对模拟实际钻井条件 ,进行天然气水合物的勘探和开发研究具有重要的实际意义和科学意义。     

游离甲烷气在井筒内形成水合物的动态模拟

深海油气钻井及海洋水合物钻采过程中均存在水合物形成进而阻塞井筒的风险。在恒温4.0℃,压力由3.5 MPa逐渐升至6.5 MPa的实验条件下,动态观测了甲烷气体以定速"鼓泡"形式在模拟井筒内的运移特征和井筒内不同位置水合物的形成、聚集形态,并依此对水合物的生长机制进行分析。实验结果表明:井筒内有障碍物或气体运移通道出现变径等情况时,不会改变水合物形成的相平衡条件,但会影响水合物的堆积形态和聚集过程;其次,气体在井筒内运移受阻的强弱直接决定水合物能否彻底阻塞循环通道;同时,气泡表面水合物薄膜的生长机制会受釜内压力变化及水合物膜破裂剥离等影响,并且由于气泡表面水合物膜的生长无法将气泡内气体完全消耗,使得游离气在井筒内形成的水合物体系为非均质的多孔介质体系。     

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。     

NGH综合模拟实验系统及控制模块设计

天然气水合物研究中急需解决的问题是水合物勘探和开采时钻井内的热力学特征以及相应的钻井技术。研制了水合物综合模拟实验系统，以研究水合物形成和分解的热力学和动力学特性、井内热压力分布规律以及相应的水合物钻井技术等。由于实验持续时间长、压力高、环节多，为减轻劳动强度和保证实验安全，在实验系统中增加了控制模块。PCI-1711多功能卡为控制模块的核心，采用OMRON/G2R-1型继电器控制系统设备的关停，系统可实现自动超压保护。通过接口转换模块连接微机和控制器，在微机上对可编程高低温实验箱进行控制，流量比例阀和步进电机分别用来控制微钻模块中的钻杆升降和转速。整套控制模块已在水合物合成及钻井液模拟实验中得到了成功应用，系统运行稳定，超压保护灵敏，大大减轻了实验强度并增强了实验安全性。     

室内沉积物中天然气水合物形成数值模拟研究

室内模拟合成水合物沉积物样品是开展水合物研究的一个重要途径,但实验方式耗时且不易控制。数值模拟技术则能够比较方便定量地控制水合物形成条件,快速模拟其形成过程。据此采用实验室常用的恒容法模拟研究了水浴降温条件下,室内沉积物中天然气水合物的形成过程,进一步揭示了其形成和分布规律。研究结果表明,在混合均匀的气-盐水体系中,能够合成相对均匀分布的水合物模拟地层样品。但在体系温压条件趋于稳定后,仍需维持较长的反应时间来促使体系反应的最终完成。当体系中存在薄“夹层”(主要是指模拟介质中间区域的渗透率和孔隙度发生变化)时,薄“夹层”的渗透率和孔隙度都会对系统中水合物的形成过程产生一定的影响,但最终系统中的水合物饱和度分布与无夹层时基本相同,这可能是由于采用恒容法形成水合物,前期水合物生成速率快,多孔介质中的薄“夹层”对体系传质影响显著,后期由于反应速率变慢,其影响相对较小,在维持较长的反应时间后,趋于一致。     

深水油基钻井液中抑制水合物形成的实验研究

在温度为4℃、压力为20MPa条件下,利用水合物综合模拟实验系统,对用于南海深水钻井的油基钻井液体系进行了抑制水合物生成的评价实验。结果表明,由于天然气在油相中的溶解度远高于在水中的溶解度,油基钻井液又是分散的乳化液,使得油基钻井液中水合物形成的诱导时间比水基钻井液中少。因此含水的油基钻井液体系在深水环境下(高压和低温)很容易生成天然气水合物,含水量越高,生成的量越大。所以在钻井作业过程中,要适当降低泥浆中水的含量,增加泥浆密度,防止地层水和气大量进入井内随油基钻井液一起循环。高浓度乙二醇能较好地抑制油基钻井液中水合物的形成。为了达到最佳抑制效果,可在钻井液中配合加入适量聚合醇与无机盐。