为解决在高原冻土层实施钻井勘探中出现井壁失稳坍塌及钻井液对储层侵害等问题，以氯化钠为抗冻剂、硅酸钠为成膜剂采用正交实验法进行室内实验，最终在多组钻井液配方中优选出两组抗低温成膜剂钻井液配方。在-5℃下使用的配方Z1（清水+15%NaCl+2.5%Na膨润土+1.5%Na-HPAN+0.3%XG+2%硅酸钠）,在-10℃下使用的配方Z2（清水+20%NaCl+3.0%Na膨润土+1.5%Na-HPAN+0.4%XG+1.5%硅酸钠）。其主要性能指标是：AV值12.0,16.5 mPa·s;PV值9.0,13.0 mPa·s;YP值3.1,3.6 Pa;FLAPI值6.5 mL/30 min, 6.3 mL/30 min。经对两组钻井液的流变参数测定及滤饼质量观测，两组配方均具有较好的流变性能并能形成致密有韧性的半透膜，故两组钻井液配方都满足在高原冻土层钻井勘探的使用要求。
天然气水合物广泛充填于冻土地层裂隙中,钻探冻土地层裂隙中的天然气水合物需要先对其合成、分布和相态进行研究。基于祁连山地区裂隙性地层特征制作了人工岩心,进行了天然气水合物的形成及相平衡实验;利用A.H.Mohammadi提出的天然气水合物热力学模型,预测了NaCl和KCl溶液中天然气水合物的相平衡条件,并分析其在含盐低温钻井液条件下的相平衡偏移问题。实验得出,天然气水合物主要分布在岩心的裂隙面及端面;压力为4 MPa时,质量分数为5%和10%的NaCl溶液中天然气水合物的相平衡温度分别降低了约2.2K和4.6K,质量分数为10%的KCl溶液中天然气水合物的相平衡温度降低了3.4K。研究结果表明:冻土地层裂隙中的天然气水合物由大量块状水合物和极少量孔隙充填型水合物组成,其相平衡条件与宏观水相中一致,在相同盐度下NaCl对天然气水合物相平衡的影响大于KCl。
陆域天然气水合物(以下简称水合物)主要赋存于高原冻土区,为保证顺利钻探,要求钻井液既能够有效抑制水合物分解、维持其相态平衡,又能在低温环境下具有良好的流变性能。为此,以新研制的低失水抗低温聚合物钻井液配方为研究对象,对其在低温条件下的流变性能进行了测试,并利用回归分析法和最小二乘法对试验数据进行计算与分析。结果表明:①赫谢尔—巴尔克莱模式是描述该钻井液体系低温流变性能的最佳模式;②应用该模式计算得到了低温条件下钻井液流变性能参数,其变化规律表现出随着温度降低,钻井液动切力呈近似波动变化,钻井液的稠度系数和流性指数均大致呈线性增长的趋势,但增长幅度较小。结论认为:所建立的钻井液表观黏度低温响应数学模型拟合精度高,可准确预测井内钻井液在低温下的流变性能。
通过分析研究大场地区冻土地层特点、矿区低温对钻探生产影响的主要方式,阐述了大场永冻层地区钻孔ZK0001钻探施工工艺,为进一步开展相关地区永冻地层的钻探施工提供借鉴。
天然气水合物是在特定的低温与高压条件下形成的产物。在天然气水合物勘探工作中,低温钻井液是获得天然气水合物真实样品的重要保证条件之一。低温钻井液应具有低的冰点、良好的抵制能力与良好的流动性。结合天然气水合物勘探工作的特点,在试验的基础上,对比分析了PAM、PHPA、PAC-141、Na-CMC与KHm的分子结构、官能团的种类与数量对钻井液的防塌能力和流动性的影响,得出了几种处理剂的耐低温能力大小的顺序为:PAC-141
【中文摘要】钻井过程中，天然气水合物的分解对钻井、钻进质量、设备等造成严重危害。水合物的分解如果得不到控制将对全球气候及海洋环境造成极大的危害。钻井液的化学成分是影响水合物分解的重要因素之一。项目在与德国专家合作研究的基础上，利用"天然气水合物钻井实验模拟系统"，进行了水合物合成及分解实验，确定了水合物钻井液的配方，利用钻井液抑制钻井过程中水合物的分解。在水合物开采过程中，可以利用化学方法诱发水合物的分解。建立起天然气水合物赋存地层钻井液体系设计的理论和试验基础，为将来大规模冻土和海洋水合物勘探开发做好准备，在该项目研究的基础上，提出了分解法开采海底表面天然气水合物方法。项目获得湖北省科技进步三等奖1项，申请国家发明专利1项，公开发表学术论文15篇（2篇EI收录），国际会议论文5篇。已培养博士生1名，硕士生2名，出站博士后1名，在站博士后2名，在读博士生1名，硕士生4名。研究成果为天然气水合物钻井控制，钻井开采装备、整体钻井技术系统和开采技术系统、勘探钻井高保真取样系统等设计和实施提供了理论依据，为进一步开展相关研究奠定了基础。
2006-01