[發明專利]一種適用于凍土層天然氣水合物儲藏的鉆井液

在審

• 申請號: 201810256495.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108251080A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 徐曉明;袁鵬飛;張曉麗;李新;宋鑫
• 申請（專利權）人: 大慶東油睿佳石油科技有限公司
• 主分類號: C09K8/12
• 分類號: C09K8/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種適用于凍土層天然氣水合物儲藏的鉆井液，涉及天然氣水合物開采領域。本發明鉆井液包括以下組分：聚乙二醇、氯化鈉、甲醇、乙二醇、低粘度羧甲基纖維素LV?CMC、腐殖酸鉀、黃原膠、聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯基甲基醚以及配制水，可用于凍土層天然氣水合物儲藏鉆井使用，具有無固相、耐低溫的作用，鉆井液中通過加入動力學抑制劑與增效劑復配，具有較強的水合物生成抑制效果，并且鉆井液組分對環境危害小，具有高效、環保、原料廉價易得等優點。

技術領域

本發明涉及一種適用于凍土層天然氣水合物儲藏的鉆井液，具體涉及天然氣水合物開采領域。

背景技術

自然界中的天然氣水合物主要分布在大陸邊緣的海洋深水區和陸上永凍地區。天然氣水合物是很有潛力的替代能源之一，對天然氣水合物的研究是當代地球科學和能源工業發展研究的一大熱點。然而大多數的研究都是針對海洋深水區的天然氣水合物，關于陸上永凍地區天然氣水合物的研究相對較少。要對賦藏在凍土層一定深處的天然氣水合物進行勘探和開發，鉆井是必不可少的重要手段。天然氣水合物的相平衡性質決定了此類地層鉆井與一般油氣地層鉆井有很大不同，也導致這類地層鉆井面臨更加復雜的井內問題，目前凍土層天然氣水合物鉆井的技術要點有以下兩個方面：

1.凍土層天然氣水合物儲藏的鉆進特點

凍土層鉆進涉及的地層大部分為凍結巖層，凍結巖層是由多種礦物顆粒、冰塊、未凍結的水以及充滿水蒸氣的空氣等組成的多成分的巖系，在外部條件變化時(如溫度和壓力的波動)，不可避免地會引起永凍層自身物理性質發生質的變化；從可鉆性的觀點來看，永凍層應看作是一種物理機械性質變化的巖層，永凍層中所含的液相水分越少，其強度越高，巖石孔隙中存在的冰能提高其塑性，巖石塑性在鉆進中的實際影響在于鉆頭在鉆進中會遇到很高的阻力，并且永凍層的塑性隨著巖石礦物粒度變小、冰凍性增長以及鉆孔深度增加而增加。

鉆井過程中，井內溫度隨時間和深度的不同而發生變化，沿鉆柱向下流動的沖洗介質與環空中返流的沖洗介質，與地層處于不斷的熱交換過程，返流的沖洗介質又直接或通過間接地與周圍巖石接觸，并且鉆頭切削巖石、井底鉆具與井壁及巖心的摩擦都會產生大量的熱能；溫度的變化使水合物穩定存在的條件被破壞，引發水合物的分解，造成井壁失穩，從而對鉆井作業造成不利影響。

在凍土層天然氣水合物儲藏鉆進時，必須考慮以下因素：①天然氣水合物在溫度升高、壓力降低的情況下很容易分解；②其分解后釋放出大量的氣體，體積將會膨脹至120-170倍；③天然氣水合物的平衡條件隨氣體和水溶液的混合成分的不同而發生變化；④天然氣水合物的分解為吸熱反應；⑤天然氣水合物分解生成的水和氣容易再生成天然氣水合物。

因此，在該類地層鉆進，一方面要考慮鉆井液的性能和溫度必須保證天然氣水合物賦存地層的條件，抑制水合物的分解，另一方面還必須考慮在井內地層環境溫度極低的情況下介質的循環。

2.凍土層天然氣水合物儲藏的鉆進要求

鉆井液侵入以及水合物的分解會不同程度地導致地層孔隙壓力增大，孔隙壓力增加使得保持井壁穩定所需鉆井液密度也要增大，這不僅嚴重影響鉆速，而且增加井壁滲透，使井周的孔隙壓力增大，從而進一步降低井壁的穩定性，形成惡性循環，因此鉆井液需要具有良好的井壁穩定性。

鉆井過程中，進入地層的鉆井液濾液與地層中水合物分解產生的水會導致地層含水量逐漸增加，當地層含水量過高時，會使水合物地層骨架水化加劇，導致井壁更加不穩；而且，水合物分解還會使地層的滲透性增大，鉆井液向井壁滲透產生滲透壓力，使地層的坍塌壓力提高，破裂壓力降低，使井壁更易坍塌與壓裂，降低了井壁穩定性，因此鉆井液需要具有良好的降濾失性。