浅谈深水钻井中水合物风险及防治措施

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1、浅谈深水钻井中水合物风险及防治措施摘要：深水是21世纪世界石油工业的重要区域和科技创新的前沿，深水已经成为全球油气资源的主要接替领域，随着深水油气资源勘探开发的推进，在深水钻井过程中，由于水深的增加，导致海底的压力升高、温度降低，从而，天然气水合物就有可能形成；另外，在深水钻井中，浅部地层也有存在天然水合物地层的可能。因此，水合物的风险分析和防治就成为深水钻井中的一个重要的环节。本文从水合物的形成机理入手，浅析了水合物的风险，并阐述了目前常用的水合物的防治手段以及对深水钻井作业的影响等等。关键词：天然气水合物；钻井风险；防治技术；处理措施中图分类号

2、：P74文献标识码：A深水是21世纪世界石油工业的重要区域和科技创新的前沿，全世界范围内在深水区域已发现近30个、超过5亿桶的大型油气田。世界油气资源的增长50%来自于海上，主要是深水，深水已经成为全球油气资源的主要接替领域。深水油气资源的勘探开发一直以来面临着很大的大挑战：挑战一，深水开发工程装备；挑战二，恶劣、复杂的海洋环境条件；挑战三，深水开发工程技术。而在深水开发工程技术中,不可回避的就是天然气水合物的防治技术，那么水合物是什么样的一种物质，它是怎么形成的？又如何防治呢？一、水合物的基本概念天然气水合物是由天然气和水组合在一起形成象冰一样的

3、固体。这种物质事实上是一种分子侵入另一个分子组成的物理组合，然后形成了晶状固体。水合物的形成分两种情况：1.天然存在的水合物层水合物可以形成于海洋地层沉积过程或极地地下地层中，1975年在黑海的地层沉积中首次发现了水合物层的存在。水合物层存在的深度和厚度取决于海底温度、地层压力、气体组分、地层水的矿化度以及地温梯度等。2•作业过程中生成水合物天然气水合物是在特定的温度和压力条件下生成：一般是低温和高压（500米）。水合物形成示意图（如图1）可以看到水合物形成和溶解的过程。水合物的形成与天然气的组分有很大的关系。越小分子的痊，越难于形成水合物。甲烷水

4、合物在压力28bar和温度「C时形成，而其他痊类则在压力5bar和温度11。通过研究不同压力和温度条件下水合物的溶解点，通过提高钻井液的抑制性来解决水合物的问题。钻井液的抑制性越强，形成水合物的几率就越低。例如，在压力lOObar.温度24*的淡水中即可形成水合物，但是在加了抑制剂的钻井液中温度需要降低到7°CO二、水合物的钻井风险1.钻进含有天然气水合物的地层钻进大段含有水合物的地层时将导致严重的风险，钻井液中大量的热量会使天然气水合物溶解，造成井筒失稳、钻井液气化，例如在17-1/2”井段，如果钻进1米水合物层，到达地面后将产生24方天然气，最

5、终会导致严重的井控问题。在稳定压力下温度升高（钻井液带来的热量）或在稳定温度下压力下降（静液压力降低）或两个因素同时影响都会造成水合物的失稳，从而造成水合物的溶解。当压力快速下降时天然气水合物也会快速分解。高的压力激动可能产生裂缝，在水下井口区周围导致气喷。影响井口稳定、套管和井内管柱安全。经过大量的钻井实践，钻水合物地层的预防措施主要有：1）水合物地层深度的落实；2）观察钻进时钻遇水合物层的显示（气侵，机械钻速等）；3）水合物出现时，应该降低泥浆温度（使用地面冷却系统）并加重，以减小气侵程度，稳定地层。提高排量排出气侵，降低机械钻速减少岩屑量；4

6、）确认没有水合物的情况下，进行起下钻或甩钻具等作业。1.钻井过程中形成天然气水合物随着钻井作业水深的增加，由于隔水管和防喷器附近温度降低，当有气体侵入时或井控时长时间关井时就可能产生水合物。造成井下和地面问题，主要表现在：1）由于水合物将泥浆中的水吸收造成泥浆脱水，卡钻和循环漏失等问题就会发生；2）水合物中天然气处于高压缩状态，一旦溶解,大量天然气释放会造成巨大安全隐患；3）水合物形成后堵塞井控系统，影响井控操作。一旦天然气水合物形成，处理水合物的方法有限、实施困难且可靠性不高。正因如此，如何监控和预防水合物的形成是关键，而井涌控制和监测是关键点。

7、深水钻井实践中预测和防止天然气水合物形成的推荐措施：1）延长循环时间，监测气侵泥浆；2）井控时尽量缩短关井时间，如果长时间关井时泵入抑制剂段塞；3）关井时在BOP建立内循环；如果条件允许，在泥浆中加入放热化学材料，使防喷器组周围的温度升高；4）优化固井设计和作业，使用防气窜添加剂；5）钻井液使用水合物抑制材料。三、水合物的防治和处理方法防止水合物形成最直接的方法是减少自由水的存在，添加减低冰点的添加剂也是可选的方案，乙醇和盐是常用减低冰点的低分子重量的添加剂。图3显示了NaCl对水合物平衡温度的影响：水合物在线的上方和左向是稳定的。盐的浓度越大，同

8、一压力条件下的平衡温度就越高，形成水合物的几率就越低。因此，在深水钻井中，钻井液的设计和选择要充分考虑水合物的抑制方案。1