天然气水合物勘探用盐基低温无固相钻井液研
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文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
天然气水合物勘探用盐基低温无固相钻井液研究
作者：王胜
来源：《地球》2013年第04期
[摘要]低温钻井液技术是解决高原冻土区及天然气水合物勘探等低温条件下勘探的关键技术之一。本文以NaCl和KCl为抗冻剂对天然气水合物赋存地层耐低温聚合物钻井液进行了试验研究，选用聚乙烯醇（PVA）和水解聚丙烯酰胺（PHP）作为主要聚合物试剂，配制了不同配比的9组配方，并进行低温下相关性能的试验测试。根据试验结果优选出可满足-10℃～-5℃低温钻进的钻井液配方，并对成本进行核算，可以满足天然气水合物钻进要求。
[关键字]天然气水合物钻井液抗冻剂
[中图分类号] TE254 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-120-2
0 引言
能源是人类生存和发展的重要物质基础，加大对天然气水合物的勘探与开发工作，对改变我国的能源结构和国民经济的健康稳定发展具有重要的战略意义。自然界中天然气水合物赋存条件为高压或者低温，因此对应的天然气水合物勘探取样的方法也就有两种：一种为保压取样[1]，即当钻探完毕以后，在将样品提至地表过程中可以保证样品周围的压力与开采地层压力一致，防止水合物的分解；另一种为低温取样[2]，即保证天然气水合物样品温度在取样过程中始终保持在低温状态，从而抑制水合物分解。而低温取样中低温钻井液技术是解决高原冻土区及天然气水合物勘探等低温条件下勘探的关键技术之一。目前多篇论着中提到的乙二醇基低温钻井液具有良好的性能[3]，但由于其成本昂贵，因此有必要对常规处理剂下的钻井液进行研究，这将为低温钻井液的实际应用和推广打下一个良好的理论与技术基础。
1 研究目的与方法
根据已有的冻土和天然气水合物地层勘探资料，对无乙二醇的条件下钻井液相关组分进行试验筛选工作，主要是选择合适的处理剂，即抑制剂和添加剂；再结合实验室现有的条件，并针对冻土层的低温特点，对所配制的不同体系的钻井液进行低温下的相关性能的试验研究，包括测试其流变特性、失水特性等常规性能，再根据试验结果对钻井液的配方做进一步的调整，对试验所取得的数据进行综合分析，优选出符合要求的钻井液体系。
2 部分水解聚丙烯酰胺（PHP）钻井液研究
由于聚乙烯醇（PVA）具有性质稳定等多方面的优点，所以在钻井液配方设计中考虑以PVA 作为主剂，在PVA钻井液体系中，加入部分水解聚丙烯酰胺（PHP），以调节钻井液的流
变特性和防塌能力，并试验中选取NaCl和KCl作为常规防冻剂。根据各试剂加量不同确定以下9组配方进行试验：
将以上9组配制的钻井液放置在调温冰箱内调节冰柜内温度为-10℃，24h后发现9组配方均已冻结，将冰柜温度调为-7℃时，48小时后3、5、7号和校核试验配方流动性良好，4号配方有部分冻结，其余配方均全部冻结，由实验可知NaCl加量为30g时才可以使钻井液冰点降到-5℃以下，4号配方NaCl、KCl加量均为20g，钻井液部分冻结说明KCl对钻井液抗冻性有一定影响，又通过8号配方冻结可知KCl对冰点影响不大。图1、图2分别为7号、4号钻井液在低温下的状态图。表2是4组优选配方常温、低温测试数据对比分析数据。
由于低温试验可知这四组配方在-7℃时流变性良好，粘度比常温时有所增大，且在低温条件下钻井液粘度随着PVA加量增大提高得更快，失水量大幅度降低。由于天然气水合物钻进要求钻井液30min失水量不能大于20ml，因此我们确定7号配PVA（100ml）+PHPA （25ml）+NaCl（30g）+KCl（15g）∕400ml和校核试验配方PVA（100ml）+PHPA（75ml）+NaCl（30g）+KCl（20g）∕400ml为最优配方。
对以上配方进行成本核算，配方中用到的各材料的价格为：PVA-1788的价格为18，500元/吨；部分水解聚丙烯酰胺（PHP）的价格为13，000元/吨； NaCl的价格为2，000元/吨，KCl的价格为3250元/吨，根据此价格，上述两个配方的成本为739.25元/m3，789.63元/m3。可以满足天然气水合物钻探的要求。
3 结论
（2）对于优选出的泥浆配方，按照满足-10℃～-5℃的耐低温能力的要求计算其成本，无机盐基耐低温钻井液成本约为700～800元/m3。
（3）钻井液NaCl和常规有机处理剂的共同作用下，具有良好的抗低温能力。因为处理剂的加入使溶液中的电解质数量增多，水分子被吸附，使水的有序性增强，熵减少，降低了水的化学势和活度，减少了溶液中冰晶的生成速度和成冰量，起到了降低钻井液冰点的作用。
参考文献
[1]胡海良，唐海雄等.深水天然气水合物钻井及取心技术[J].石油钻采工艺，2009，31（2）：27-30.
[2]郭威，孙友宏等.陆地天然气水合物孔底冷冻取样方法[J].吉林大学学报（地球科学版），2011，41（4）：1116-1120.
[3]展嘉佳，徐会文，冯哲.低温条件下乙二醇基钻井液体系的试验研究[J].探矿工程，2008，35（11）：17～19.
