含热力学抑制剂钻井液侵入天然气水合物地层扰动模拟

深水油气勘探开发过程中,为防止井筒内生成天然气水合物,在钻井液中添加水合物热力学抑制剂是有效措施之一。然而含水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物地层的扰动影响鲜有报道。为探究水合物热力学抑制剂对水合物层的扰动规律,利用超声波测试手段,研究了NaCl、乙二醇两类水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物岩样的过程,并讨论了适用于水合物地层钻井液的设计要点。结果表明:含水合物热力学抑制剂的钻井液相比未含抑制剂的钻井液会显著促进水合物分解,且随着抑制剂浓度的增加,水合物分解速度会大幅度增加;NaCl盐类抑制剂促进水合物分解的作用明显强于乙二醇醇类抑制剂;钻井液侵入水合物地层引发的水合物分解呈现非匀速现象。深水钻探水合物地层时,防止地层中水合物的分解与抑制井筒中水合物的生成是相互矛盾的,研发适合水合物地层的钻井液配方来平衡这个矛盾是有效途径。

弱成岩水合物储层钻井作业扰动效应建模分析

我国海域水合物储量极大,但储层通常埋藏浅、强度低、成岩性差,钻井作业产生的扰动会导致井眼坍塌失稳,影响钻井效率及安全。为此,以南海神狐海域SH2站位为例构建了用于探讨水合物储层钻井作业扰动效应的多场耦合数学模型,并通过钻井液扰动效应试验对数学模型的适用性进行了验证,同时探究了钻井期间近井地带温度、孔隙压力、水合物分解及井眼屈服失稳状况等的扰动演化规律。研究发现:(1)钻井液侵入对近井地带温度的扰动要弱于其对孔隙压力的影响,钻井作业持续不到6 h就可使模型孔隙压力被完全扰动,而钻井24 h仅使井周宽度1.18 m的地层温度受到影响。(2)尽管研究工况下井周水合物最终分解范围达0.408 m,但水合物在钻井初期分解较快,随着钻井作业的持续才会逐渐变缓。(3)近井地带物性参数主要受水合物分解影响,同时随应力变化而改变;水合物分解会使地层强度降低,但会使其孔渗性能得到显著提高。(4)井周塑性屈服区域在钻井过程中会以逐渐降低的速率向外扩展,最终形成环绕井眼且长轴沿最小水平主应力方向的屈服椭圆,最终井眼扩大率达45.96%。研究结果可为深入理解弱成岩水合物储层钻井井壁失稳机制的探讨提供理论支撑。

水合物储层钻井水合物分解及井眼坍塌分析

南海泥质细粉砂水合物储层钻井过程极易发生井眼坍塌和扩径,威胁水合物钻采安全。鉴于此,利用Fortran语言并结合水合物分解动力学理论,编写了用以实现水合物钻井过程井周水合物相变分解和分解前缘动态移动的DISSOCIATION子程序,并开展了钻井液扰动效应试验以验证DISSOCIATION子程序的有效性,在此基础上探究了水合物分解对井眼屈服坍塌的影响。研究结果发现:尽管钻井液扰动效应试验中水合物分解到3个探针位置所用时间均小于数值模拟结果,但与模拟结果均相差极小;当考虑水合物分解时井眼扩大率为50.25%,而忽略水合物分解时井眼扩大率则仅为19.23%,为考虑水合物分解时的38.27%。所编制的DISSOCIATION子程序可用于水合物储层钻井井壁失稳的多场耦合数值模拟,且水合物储层钻井井眼稳定性分析务必要考虑水合物相变分解的影响。

深水陆坡区井场海底稳定性评价——以南海松涛深水井场为例

复杂的海底地形和浅层地质条件增大了深水陆坡区海底滑坡风险,严重威胁着钻井作业安全。为定量评价深水陆坡区井场滑坡风险并优选井位,以位于琼东南海域陆坡区的松涛深水井场为例,考虑浅层海底土强度参数的垂向非均质性,基于有限差分强度折减法建立了井场海底稳定性计算模型,分析了钻井过程中的井口返出岩屑和钻井扰动对海底斜坡稳定性的影响,得到了海底斜坡安全系数,并估计了斜坡滑移面的大小和位置,最终对钻井井位进行了优选。研究结果表明,钻井过程中对海底滑坡影响最大的因素为井眼返出岩屑引起的附加载荷以及钻井振动引起的扰动,返出岩屑引起的附加载荷降低了海底斜坡安全系数,潜在滑移面的位置位于陡坎或井口附近;钻井横向扰动比垂向扰动更易引起海底滑坡,但所需的峰值速度较高,很难引起井场海底斜坡的失稳。研究成果可为未来南海北部陆坡区深水油气的安全钻探施工提供重要保障。