深水鉆完井天然氣水合物防治技術

摘 要：深水區油氣鉆完井作業相比淺水區和陸地遇到了很多難題，由于海底壓力增大和低溫的環境，天然氣水合物已成為影響作業安全的主要危害之一。天然氣水合物的形成給鉆完井作業帶來了很大的安全風險。通過對深水鉆完井作業中水合物形成的風險和對作業影響的分析，提出了水合物的防治措施。最后對海外深水鉆完井實例中水合物的成功抑制和清除措施進行了介紹。

關鍵詞：深水 鉆完井 天然氣水合物 防治 抑制

中圖分類號：TE83文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0134-01

天然氣水合物是由于天然氣和水在低溫高壓環境條件下形成的一種籠型化合物。隨著深水油氣勘探開發步伐的逐步加快，深水鉆完井中水合物帶來的危害已被人們認識到。在深水鉆完井作業中當天然氣和自由水的同時存在時，就有可能在井筒、阻流壓井管線和防噴器等部位形成水合物，造成井筒、管道堵塞和井控困難等風險，給生產作業帶來危害。為此，本文將重點研究在深水鉆完井作業過程中天然氣水合物的危害及防治方法，并結合深水作業實例進行了分析，為我國深水油氣開發提供一定的技術參考。

1 水合物對深水鉆完井作業的影響

水合物對深水鉆完井作業的影響主要包括對井控和鉆完井液性能的影響。

1.1 對鉆完井作業的影響

在井筒、鉆柱、井口管線和防噴管匯內形成氣體水合物，將造成堵塞，給正常鉆進和井控作業帶來嚴重影響。具體表現為：

（1）阻流壓井管線或地面管線堵塞，無法建立循環。在井控情況下，阻流和壓井管線被水合物堵塞時，將會降低防噴器系統的作用。

（2）套管密閉空間中形成的水合物，如果在油氣井生產中受到加熱后分解，則會使得套管環空壓力增大，造成套管被壓潰；

（3）在防噴器系統內部形成水合物時，將會引起防噴器閘板的正常開啟和關閉困難。

1.2 對鉆完井液性能的影響

天然氣水合物的形成和分解分別為高度放熱和吸熱的過程。深水鉆完井液中形成水合物時，將會釋放大量的熱能，改變鉆完井液體系的溫度，而溫度的改變使得使得鉆完井體系的性能發生變化，如鉆完井液的粘度和剪切力將下降。此外，水合物的形成使得鉆完井液失水，加重鉆完井液比重，可能造成壓漏地層，發生井漏等復雜情況。

2 深水鉆完井水合物的防治措施

2.1 添加化學抑制劑

添加化學抑制劑是深水鉆完井作業常用的防治水合物的手段。目前主要有3種化學方法用于深水鉆完井作業中水合物抑制，分別為熱學抑制、動力學抑制和水合物晶體聚集和成團的抑制。熱力學抑制作用機理為以降低水的表面張力提高氣的凝聚速度來抑制水合物形成；動力學抑制能阻止水合物形成一層或多層，它能降低天然氣水合物的形成速度，并且能夠延長水合物晶核形成的誘導時間和改變晶體的聚集過程。第三種化學方法為水合物聚集成團的抑制，其作用機理為改變天然氣水合物晶體的尺寸，并能改變水合物的聚集形態。

2.2 采用油基鉆井液

由于水合物的形成必須要有水的參與，因此降低鉆井液中水的含量可有效防止水合物的生成。因次，采用油基鉆井液能降低天然氣水合物的形成幾率。由于油基泥漿成本很高，并且對海洋環境造成的影響大，回收處理工序復雜，因次其推廣使用受到了限制。

2.3 采用保溫措施

增加井下作業的環境溫度也是有效抑制水合物形成的方法。深水鉆井中通常在隔水管外層增加保溫層，同時可在水下井控設備和泥漿循環系統等部位增加熱交換系統，以保證鉆井液的溫度。

2.4 機械清除方法

采用水下機器人機械手臂清除或水力噴射等方式清除形成的水合物堵塞具有水合物分解過程可控、分解平穩，不會在短時間內產生大量氣體，對井下設備造成安全隱患。

3 深水鉆完井水合物防治實例

尼日利亞深水某油田所處水深1350～1450m，海底溫度4℃。對油田油藏初期油氣組分摩爾百分比分析，其中C1含量為61.711%，飽和壓力為31.24MPa，具有形成水合物的風險。

為滿足深水鉆完井作業要求，防止水合物的形成。該深水油田在鉆井過程中使用了油基鉆井液，并且在各作業流程均采取了有效預防地層流體侵入的措施，阻止了地層流體的入侵，盡可能的控制了天然氣水合物的生成。

該油田最易生成水合物的流程是清井排液作業，在射孔打開油氣層后，作業期間無法避免油氣進入，特別是安裝油管和采油樹期間，地層流體被隔絕在下部井筒內，地層流體與完井液的混和。在清井排液階段遇到水合物生成的高壓低溫環境，并在鉆桿和修井立管中形成了水合物堵塞。處理鉆桿水合物堵塞時，采取正擠加熱CaCl2鹽水，堵塞有效解除。對于修井立管中的水合物堵塞，則用連續油管沖洗白油解堵，并在后續作業中通過注入甲醇防止了水合物堵塞的再次形成。

4 結語

由于具有高壓和低溫的環境特點，在深水鉆完井作業中容易形成水合物，帶來井筒堵塞和井控等風險，需引起高度重視。對于水合物的防治要從多方面著手，在保證作業安全的前提下，可綜合采用油基鉆井液和化學、物理等方法。油基鉆井液、無機鹽電解質和醇類對抑制水合物形成具有顯著效果，對于形成的水合物堵塞，可采用注入熱無機鹽電解質和機械清除的方法。

參考文獻

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