[發明專利]評價鉆井液對水合物形成和分解抑制能力的方法及裝置

無效

• 申請號: 200910061604.6
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN101532936A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 寧伏龍;張凌;蔣國盛;涂運中;張昊;劉天樂;范勇;曹函
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N7/18
• 分類號: G01N7/18;C10L3/10;E21B21/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及天然氣開發領域，特別是一種評價鉆井液對水合物形成和分解抑制能力的方 法及裝置。

背景技術

天然氣水合物是由水分子與碳氫氣體分子組成的具有籠狀結構的似冰雪狀結晶化合物， 具有能量密度高、分布廣、儲量大等特點，是一種很有潛力的新能源和替代能源。自從1810 年英國Davy在實驗室首次發現氣水合物以來，人類就再沒有停止過對氣體水合物的研究和 探索。而1960年在自然界發現大規模的天然氣水合物，直接促使了許多國家將目光投向了這 個能量密度高、儲量巨大、清潔環保的未來潛在新能源。進入21世紀后，隨著能源短缺加劇， 油氣價格高漲，全球加快了開發、利用天然氣水合物的步伐。不少發達國家如美國、日本、 德國、加拿大等國家都投入巨資進行與水合物勘探與開發相關的理論與技術研究。美國制定 了甲烷水合物研究和發展中長期規劃，預計在2015年進行商業試開采，日本也計劃在2016 年正式進行商業生產。我國自20世紀80年代末開始對天然氣水合物進行研究，盡管尚處于 理論和實踐探索階段，但已有一些部門完成了一系列前期研究工作。

目前發現的絕大多數天然氣水合物位于大陸斜坡帶、洋中脊、海嶺等海底沉積物中，因此， 開采海底天然氣水合物應是未來研究的重心。但海底水合物儲存于距海底0-1000m深的沉積 地層中，海水深度超過500m，埋藏模式很復雜。由于天然氣水合物僅能在高壓、低溫條件下 穩定存在，在天然氣水合物地層鉆井(進)時，儲層井壁和井底附近地層應力釋放，會導致 地層壓力降低；同時，鉆井過程是一個非絕熱過程，鉆頭切削巖石、井底鉆具與井壁及巖心 的摩擦都會產生大量的熱能；此外，如果循環泥漿溫度控制不當，鉆井液也會和水合物地層 發生熱交換，使孔底水合物得以穩定存在的高壓、低溫條件遭到破壞，將不可避免地導致水 合物發生分解。水合物分解產生的自由氣體進入泥漿，又會使鉆井液高度氣化。隨著分解產 生的氣體不斷進入鉆井液，鉆井液的密度下降，泥漿柱的靜水壓力降低，又會加速水合物的 分解，從而產生更多的氣體，這就造成了一個惡性循環。所以，在鉆井過程中，井壁周圍地 層壓力和溫度的變化將不可避免地導致天然氣水合物發生分解。當固態水合物起膠結或骨架 支撐作用時，分解本身就會使井壁坍塌。而分解產生的水增加了井壁地層的含水量，使顆粒 間的聯系減弱，導致井壁不穩；逸出的氣體又影響了鉆井液的比重和流變性，對井壁穩定愈 發不利，甚至還可能引發井涌和井噴等鉆井事故。最后分解進入井內的氣體同鉆井液一起上 返到地面，在這過程中如果井內溫壓條件合適，它們又會重新在鉆井液循環管路和閥門特別 是防噴器內形成水合物，導致意想不到的鉆井事故發生，甚至會造成巨大的損失。

因此，天然氣水合物地層鉆探(井)的實施，首先要保證對井內的溫度和壓力實施合理 地控制，確保水合物不至大量分解，避免水合物在循環管路中再生成，從而達到穩定井壁的 效果。而要達到此目標，鉆井液就必須能有效防止井壁地層中的水合物大量分解和進入井筒 內的氣體再形成水合物。針對這一難題，目前世界上很多科研機構都已經著手進行研究，通 過室內模擬實驗或現場鉆井實驗的方法研究解決問題的方法。目前，在鉆井液性能測試方面， 由于實際鉆井活動少，加之現場實驗操作風險大、成本高，綜合考慮，室內實驗方式是最合 理的選擇。然而，目前國內尚沒有一套鉆井液對水合物形成及分解的抑制性能評價實驗系統。 鑒于能源短缺和天然氣水合物資源潛力巨大，研制出可測試不同鉆井液體系在不同溫度和壓 力條件下，對水合物形成的抑制能力及水合物分解的抑制能力進行評價，并能優選出鉆井液 處理劑和水合物抑制劑的室內模擬實驗系統，對天然氣水合物的勘探與開發尤為重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種可測試和評價不同溫度和壓力條件下不同鉆井 液體系抑制水合物形成和分解能力的方法，并利用該室內模擬實驗裝置優選鉆井液處理劑和 水合物抑制劑，從而為天然氣水合物和深水油氣勘探開發提供服務。

本發明按下述技術方案解決其技術問題：