水合物与钻井液相互作用模拟试验研究

摘要

天然气水合物作为一种极具潜力的化石能源,日益受到人们的关注。由于形成天然气水合物的气体主要为甲烷,因而也常被称为甲烷水合物。近年来能源短缺日益加剧,油气价格居高不下,使得各国更加关注具有能量密度高、储量大和分布广等特点的天然气水合物,纷纷加大对其勘探和开发研究的力度。
　　 钻井过程中释放的热量以及抑制剂对相平衡的影响,都可能引起水合物分解。天然气水合物的性质特点决定了在此类地层钻井时将会面临比在一般油气层中钻井更加复杂的状况。水合物的分解和形成导致井壁容易失稳和井内易发安全事故是主要问题。合适的钻井液设计是保证安全可持续钻井作业环境,并保证钻井质量的重要一环。
　　 本文采用自主研制的水合物试验系统进行试验研究,在国内外有关文献调研分析的基础上,通过试验方法测得水合物试样的波速。试验系统采用环境恒温的方法,放置于低温冷库中,降温设备采用M190C冷冻、冷藏微电脑控制冷库,此冷库可以提供大空间的低温环境。在试验过程中,利用超声检测技术探测沉积物的纵波波速。声波系统由声波探头和声波测试仪组成,用于测量模拟水合物地层的声波速度。纯天然气水合物与处理过的青岛海边天然海砂混合均匀制得天然气水合物沉积物试样。水合物试样的饱和度不同,试验测得的初始波速存在差异。当水合物试样的饱和度为70％,试验初始利用声波仪测得纵波波速为3359m/s;当水合物试样的饱和度为50％时,纵波波速为2895 m/s;当饱和度为30％时,测得纵波波速为2308 m/s。随着钻井液温度增大,试验时间缩短,水合物分解速度加快。钻井液中添加热力学抑制剂对水合物层分解起到了促进作用。试验探讨了钻井液作用下水合物的分解变化情况,优选了适用于含水合物层钻井的钻井液体系。天然气水合物钻井液应当同常规钻井液一样,具有防塌和低温稳定性等性能。结合试验室现有的条件,对所优选出的的不同体系的钻井液进行流变性、失水性等常规性能的试验研究,结果均符合要求。