海底天然气水合物分解对海洋钻井安全的影响

第棿棾卷第棿期年月石暋暋油暋暋钻暋暋探暋暋技暋暋术斨旓旍灡棿棾斘旓灡棿棳暠深水钻井专题牐牎暟椆椃棾椇棷斾旓旈棻棸棶棻棻椆棻棻旙旡旚旙棶棽棸棻椀棸棿棸棸棿旟旉

宫智武棻棳张暋亮棻棳程海清棽棳刘延民棻棳任韶然棻

棬中国石油大学棬华东棭石油工程学院棳山东青岛棽中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院棳辽宁盘锦棻棻棶椂椂椀椄棸椈棽棶棽棿棸棻棸棭

摘暋要椇为分析天然气水合物分解对海洋钻井安全的影响棳根据海底天然气水合物特征棳结合天然气水合物分

棳棳解动力学和热力学条件研究了不同钻井工况下天然气水合物分解产气规律估算了天然气水合物分解后的产气

量暎结果表明棳在钻进天然气水合物层过程中棳天然气水合物分解产气速率和累计产气量逐渐增大椈在天然气水合

物饱和度一定的情况下棳近井天然气水合物层内的天然气水合物完全分解产气量与井身轴向半径呈平方关系椈随

着钻井液与天然气水合物层温差增大棳天然气水合物分解速率呈指数增长椈浅水区钻遇天然气水合物层易导致其

分解棳随着水深增加或井筒压力增大棳天然气水合物分解越来越困难暎研究表明棳钻穿天然气水合物层时棳提高钻

进速度可减少天然气水合物分解椈钻井过程中应根据钻前预测结果调整钻井液温度和密度来控制天然气水合物分

解棳同时采取必要的井控措施棳以保证在适当的天然气水合物分解产气条件下安全钻进暎

关键词椇天然气水合物海洋钻井井控分解动力学棬棭中图分类号椇斣斉棽椀棿暋暋文献标志码椇斄暋暋文章编号椇椄椆棸棽棸棻椀棸棸棻椂棻棸棸斣旇斿斏旑旀旍旛斿旑斻斿旓旀斢旛斺旙斿斸斘斸旚旛旘斸旍斍斸旙斎斾旘斸旚斿斈旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑旓旑旟旚旇斿斢斸旀斿旚旀斚旀旀旙旇旓旘斿斈旘旈旍旍旈旑旟旓旂棻棻棽棻棻斍旓旑旇旈旝旛斱旇斸旑旈斸旑斆旇斿旑斸旈旈旑斕旈旛斮斸旑旐旈旑斠斿旑斢旇斸旓旘斸旑旂斱旂斕旂旂斎旕旂棬棻棶棳旑旇斾旘斸旚斿斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑旈旙斿旑斻旓旛旑旚斿旘斿斾旓旀旀旙旇旓旘斿斾旘旈旍旍旈旑斸旀斿灢旟旂旙旙旔旘旓斾旛斻旚旈旓旑旔斿旘旀旓旘旐斸旑斻斿旙旓旀斘斍斎旝斿旘斿斸旑斸旍旡斿斾斸旑斾旂斸旙旔旘旓斾旛斻旚旈旓旑斸旀旚斿旘旇灢旚旈旙旑旓旚斸斺旍旈旑旀旍旛斿旑斻斿斾棶斍斸旟旟旟旟斾旘斸旚斿斾斿旓旙旈旚旈旓旑旝斸旙斿旙旚旈旐斸旚斿斾旛旑斾斿旘斾旈旀旀斿旘斿旑旚斾旘旈旍旍旈旑旓旑斾旈旚旈旓旑旙斸斻斻旓旘斾旈旑旓旚旇斿斾旑斸旐旈斻旙斸旑斾旚旇斿旘旐旓斾灢旔旂斻旂旚旟旟旀旙旛斺旙斿斸旑斸旐旈斻旙旓旀斘斍斎斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑棶斣旇斿斻斸旍斻旛旍斸旚旈旓旑旙旝斿旘斿斺斸旙斿斾旓旑旚旇斿旀旛旑斾斸旐斿旑旚斸旍斻旇斸旘斸斻旚斿旘旈旙旚旈斻旙旓斘斍斎棳旝旇旈斻旇旔旘旓旜旈斾斿斾旚旇斿斺斸旙旈旙旀旓旘斿旜斸旍旛斸旚旈旑旛斸旑旚旈旚斸旚旈旜斿旍旇斿旈旑旀旍旛斿旑斻斿旓旀旑斸旚旛旘斸旍斸旙旇斾旘斸旚斿斾旈旙旙旓斻旈斸灢旂旕旟旚旂旟旚旈旓旑旓旑旚旇斿旙斸旀斿旚旀旓旀旀旙旇旓旘斿斾旘旈旍旍旈旑棶斣旇斿旘斿旙旛旍旚旙旙旇旓旝斿斾旚旇斸旚斸旙斾旘旈旍旍旈旑旘旓斻斿斿斾斿斾旚旇旘旓旛旇旇斾旘斸旚斿斺斿斸旘灢旟旓旂旂旔旂旟棳棳斸旙旔旘旓斾旛斻旚旈旓旑旓旀旇斾旘斸旚斿斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑旚斿旑斾旙旚旓旘旈旙斿斸旑斾旚旇斸旚旈旑旓旑斿旙旂斸旙旔旘旓斾旛斻旚旈旓旑旘斸旚斿斸旑斾斻旛旐旛旍斸旚旈旜斿旂旟旂旡旚旇斿旂斸旙旔旘旓斾旛斻旚旈旓旑旝斸旙旈旑斸旙旛斸旘斿斾斿旞旓旑斿旑旚旈斸旍旘斿旍斸旚旈旓旑旙旇旈旈旚旇旚旇斿斘斍斎斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑旘斸斾旈旛旙旛旑斾斿旘斻斿旘灢旕旔旔旝旚斸旈旑斘斍斎旙斸旚旛旘斸旚旈旓旑棶斘斍斎斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑旘斸旚斿旘旓旙斿斿旞旓旑斿旑旚旈斸旍旍旈旚旇旚旇斿旈旑斻旘斿斸旙斿旓旀旚旇斿旚斿旐斿旘斸旚旛旘斿斾旈旀旀斿旘灢旔旟旝旔棳斿旑斻斿斺斿旚旝斿斿旑斾旘旈旍旍旈旑旀旍旛旈斾斸旑斾斘斍斎旙斿斾旈旐斿旑旚斸旑斾斾旘旈旍旍旈旑旚旇旘旓旛旇旇斾旘斸旚斿旍斸斿旘旙旈旑旙旇斸旍旍旓旝旝斸旚斿旘旚斿旑斾斿斾旂旂旂旟旟棳旚旓斺旘斿斸旊旈旚斾旓旝旑斸旑斾斸旙旝斸旚斿旘斾斿旚旇斸旑斾旝斿旍旍斺旓旘斿旔旘斿旙旙旛旘斿旘旈旙斿斾斘斍斎斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑斺斿斻斸旐斿旐旓旘斿斾旈旀旀旈斻旛旍旚棶旔旈旓旑旝旇斿旑斾旘旈旍旍旈旑旇旘旓旛旇旇斾旘斸旚斿斏旑斻旘斿斸旙旈旑旇斿斾旘旈旍旍旈旑斸旚斿旝斸旙旔旘斿旀斿旘斸斺旍斿旀旓旘旘斿斾旛斻旈旑旈旙旙旓斻旈斸旚旂旚旂旟旂旚旂旘旂斘斍斎斾旍斸斿旘旙棶斏旚旝斸旙斾斿旐旓旑旙旚旘斸旚斿斾旚旇斸旚斘斍斎斻旓旑旚旘旓旍斾旛旘旈旑旀旀旙旇旓旘斿斾旘旈旍旍旈旑旇旓旛旍斾旀旓斻旛旙旓旑斘斍斎旔旘斿斾旈斻旚旈旓旑斺斿灢旟旂旓旂旙棳旀旓旘斿斾旘旈旍旍旈旑旑斾旚旇斸旚斾旘旈旍旍旈旑旀旍旛旈斾斾斿旑旙旈旚旑斾旚斿旐斿旘斸旚旛旘斿斸斾旛旙旚旐斿旑旚斸旑斾斿旙旙斿旑旚旈斸旍旝斿旍旍斻旓旑旚旘旓旍旐斿斸旙旛旘斿旙旂斸旂旟斸旔旉斿斾旘旈旍旍旈旑旙斸旀斿旚旛旑斾斿旘旚旇斿斻旓旑斾旈旚旈旓旑旓旀斻斿旘旚斸旈旑斸旙旇斾旘斸旚斿斾斿斻旓旐旓旙旈旚旈旓旑旙旇旓旛旍斾斺斿旚斸旊斿旑旚旓斿旑旙旛旘旂旟旂旟旔椈椇椈椈旍旍斻旓旑旚旘旓旍斾旈旙旙旓斻旈斸旚旈旓旑斾旑斸旐旈斻旙斔斿旝旓旘斾旙旑斸旚旛旘斸旍斸旙旇斾旘斸旚斿旓旀旀旙旇旓旘斿斾旘旈旍旍旈旑旝斿旟旂旟旂旟

椵棬暎其中棳尤其是深水区棭也面临诸多挑战椲天然气椵暎然而棳海洋钻井藏大量的石油得到了广泛关注椲

椵椃暎据统水合物分解会对钻井安全产生重大影响椲由于海洋缊暋暋随着全球石油需求量的不断增长棳椵棻棸暎天然气水合物在海底高压低温环境下保持内椲椵椆棳稳定椲当钻遇天然气水合物层时棳由于温度暍压力收稿日期椇改回日期椇棽棸棻棻椈棽棸棻棿暎

计棳世界上椃棸棩的海洋钻井受到天然气水合物等地石油大学棬华东棭石油工程专业棳油气田开发专业在读硕士研究生棳主

要从事深水钻井浅层地质灾害防控和天然气水合物开发方面的研究暎暎联系方式椇棻椄椃椂椀椆棽棻棾椀棻棳旙棻棿棸棽棸棽椂棾椑旙棶旛斻棶斿斾旛棶斻旑旔通信作者椇张亮棳棻椀棸椀棾棽椀椆椃棿棸棳旡旇斸旑旍旈斸旑旊斺椑棻椂棾棶斻旓旐暎旂旂暘棭棳作者简介椇宫智武棬男棳山东烟台人棳棻椆椆棻棽棸棻棿年毕业于中国质灾害的影响棳特别是水深超过椂天然气水棻棸旐后棳赋存于水深棾其稳定区温棸棸旐以深的海底沉积层中棳

的孔隙度为棾饱和度集中于棾棾棩暙棿椄棩棳棸棩暙椂棸棩椵椆椈天然气水合物层度为棸压力为以上椲暙棻棸曟棳棾斖斝斸椵椄暎天然气水合物合物将成为海洋钻井的主要难题椲棬钻井浅层地质灾害形成机理及预测方法暠编号椇和棽棸棻椀斆斅棽椀棻棽棸棻棭

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目暟海底天然气水合物富

棬集成藏机理及数值模拟研究暠编号椇联合资助暎棻椀斆斬棸椀棸棾椂斄棭暟暠基金项目椇国家重点基础研究发展计划棬计划棭项目暟深水椆椃棾

石油钻探技术年月

条件发生变化棳天然气水合物开始分解产气棳从而对钻井安全产生影响暎

吴华等椲

棻棻

椵根据温度压力条件分析了钻遇天然气水合物层的可能性棳并描述了天然气水合物分解

对海洋钻井的影响暎徐加放等椲棻棽

椵通过试验研究了

钻井液添加剂对天然气水合物分解的抑制作用暎李

令东等椲棻棾椵运用数值模拟对海洋钻井天然气水合物

层的井壁稳定性进行了研究暎孙运宝暍卢蕾暍唐海雄

和白玉湖等椲

棻椄

椵论述了天然气水合物分解的危害棳并采用属性分析及速度场等方法对天然气水合物危害进行识别和预测暎总体上看棳目前的研究主要集中于天然气水合物分解对海洋钻井影响及防治方法的定性描述棳定量研究较少暎国外相关研究主要集中于浅层气暍浅层流危害和防治方法的研究棳对天然气水合物分解的研究很少暎因此棳笔者基于海底天然气水合物层特征棳结合天然气水合物分解动力学和热力学条件棳定量研究不同工况下天然气水合物分解规律及其对钻井安全的影响棳并提出相关防治措施暎

暋天然气水合物分解模型的建立

天然气水合物分解受温度和压力的影响棳需要结合动力学和热力学条件建立分解模型棳研究其在不同钻井工况下的分解产气规律棳为定量分析其对钻井安全的影响提供基础暎灡棻暋天然气水合物分解动力学模型

天然气水合物分解产气速率与压差的关系椲

棻椆

椵可以表示为椇椊旞旔掛梹掝棴旝棭斎棭旕棴棬棭

棻

棭式中为天然气水合物分解产气速率棳旐旓棷为时旍旙

刻单位体积天然气水合物物质的量棳为天然气水合物分解速率常数棳棽

旐旓旍

为分解时间棳表面积棳棽旙

暏斢为单个天然气水合物球形颗粒旐旓旍棷棬旐

旙暏斝斸棭椈合物分解旐的活为水的密度棳化能棳棷棬暏斔棭棷旐旓旍