钻探天然气水合物中井壁稳定性及钻井液低温流变性的控制方法研究

Natural gas hydrates is a new energy industry that has not been succeed development.It is characterized by large reserves and weak the research foundation . What's more, some of its characteristics are different from other types of natural gas, such as the accumulation conditions, occurrence mode, the methods of exploration and development. The project conducts research on gas hydrate drilling process aim to key issues, such as wellbore instability caused by gas hydrate decomposition, geological disasters and the cryogenic rheology . First, we will reveal the mechanism of gas hydrate phase transition, rules and control methods, as well as cryogenic rheological behavior of drilling fluid from the micro and macro perspectiveusing molecular modeling and experimental methods; Second, we can conduct research of mechanical properties of gas hydrate formation mechanism and mechanical stability of the wellbore caused by gas hydrate phase transition; Third, we establish a new method of maintaining wellbore stability and regulation to drilling fluid cryogenic rheology. It forms a new flat drilling fluids technology, which can inhibit gas hydrate phase transition and maintain wellbore stability. Thus, this study can improve wellbore stability of gas hydrate formation and drilling fluid cryogenic rheology by plugging strata, preventing pressure transmission, exchanging of heat and material, etc. And then create a new theory, new methods and new technologies which can efficiently drilling in natural gas hydrate.

天然气水合物是储量大、研究基础薄弱，且至今未得到工业开发的接替能源，其成藏条件、赋存方式、勘探开发方法等与其它类型天然气不同，难度更大。本项目针对天然气水合物钻探过程中，因地层天然气水合物分解等原因导致井壁失稳，并可进一步诱发地质灾害，以及所使用的钻井液在低温环境下的流变性难以调控等关键问题，首先采用分子模拟和实验方法，从微观和宏观角度揭示钻探中天然气水合物相转变机理、规律和控制方法，以及钻井液低温流变行为；第二，研究天然气水合物相转变对天然气水合物地层的力学性质和井壁稳定性的影响机理和规律；第三，建立钻探天然气水合物过程中，维持井壁稳定和钻井液低温流变性的新方法，形成抑制天然气水合物相转变、稳定井壁的新型恒流变钻井液新技术。通过封堵地层、阻止压力传递、阻止热能和物质交换等新途径，提高天然气水合物地层井壁稳定和钻井液低温流变性，创建高效钻探天然气水合物的新理论、新方法和新技术。

天然气水合物是储量大、研究基础薄弱，且至今未得到工业开发的接替能源，其成藏条件、赋存方式、勘探开发方法等与其它类型天然气不同，难度更大。本项目针对天然气水合物钻探过程中，因地层天然气水合物分解等原因导致井壁失稳，并可进一步诱发地质灾害，以及所使用的钻井液在低温环境下的流变性难以调控等关键问题。. 首先采用分子模拟和实验方法，从微观和宏观角度揭示钻探中天然气水合物相转变机理、规律和控制方法，以及钻井液低温流变行为；. 第二，研究天然气水合物相转变对天然气水合物地层的力学性质和井壁稳定性的影响机理和规律，研究结果表明地层中天然气水合物分解会引起骨架支撑作用降低、地层孔隙压力升高、井周应力发生变化，最终导致安全密度窗口变窄；. 第三，建立钻探天然气水合物过程中，维持井壁稳定和钻井液低温流变性的新方法，形成抑制天然气水合物相转变、稳定井壁的新型恒流变钻井液新技术。探明了天然气水合物分解抑制剂拓宽安全密度窗口的微观作用机理；研发了新型合成基恒流变调节剂，配合LAO合成基体系和实现在2~65℃钻井液流变性保持恒定；以NaCl/聚合物钻井液体系为基础配合筛选出的天然气水合物分解抑制剂组合和动力学生成抑制剂组合形成了水合物分解抑制型钻井液体系，其水合物分解抑制时间可达294min，天然气水合物生成抑制能力较常规NaCl/聚合物钻井液体系提升越20%，且体系在2~120℃大温差范围内可保持流变性基本稳定。. 通过本项目研究探明了天然气水合物基本相变机理、天然气水合物对井壁稳定的影响以及低温对钻井液流变性能的影响，形成的成果可有效提高天然气水合物地层井壁稳定和钻井液低温流变性，对于后续创建高效钻探天然气水合物的新理论、新方法和新技术具有一定的指导作用。