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海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系

马永乐 张勇 刘晓栋 侯岳 杨金龙 宋本岭 刘涛 李荔

马永乐,张勇,刘晓栋,等. 海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系[J]. 钻井液与完井液,2021,38(5):544-551 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.002
引用本文: 马永乐,张勇,刘晓栋,等. 海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系[J]. 钻井液与完井液,2021,38(5):544-551 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.002
MA Yongle, ZHANG Yong, LIU Xiaodong, et al.A drilling fluid which inhibits formation of natural gas hydrate at low temperatures in offshore drilling[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(5):544-551 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.002
Citation: MA Yongle, ZHANG Yong, LIU Xiaodong, et al.A drilling fluid which inhibits formation of natural gas hydrate at low temperatures in offshore drilling[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(5):544-551 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.002

海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.002
基金项目: 中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“适应南海北部天然气水合物的丛式多分支水平井组钻采技术和装置研究及试验”(2021DJ4903)
详细信息
    作者简介:

    马永乐,1982年生,中国石油大学(华东)油气井工程专业硕士毕业,现在主要从事海洋与天然气水合物钻井液技术研究。电话(022)66307558;E-mail:mayongle.cpoe@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: TE254.3

A Drilling Fluid Which Inhibits Formation of Natural Gas Hydrate at Low Temperatures in Offshore Drilling

  • 摘要: 针对海域天然气水合物钻探所面临的深水低温、浅层窄安全密度窗口、水合物生成与分解抑制、海洋作业环保要求等工程和技术难题,开发了低温抑制性钻井液体系。研发了热力学抑制剂KCl复配动力学抑制剂A2的水合物抑制技术,优选了低温流变稳定性能良好的高分子处理剂,开发的钻井液体系流变性能良好,膨润土含量为2 %,API滤失量为4 mL,密度为1.07 g/cm3;低温流变稳定性优良,4 ℃较25 ℃时钻井液当量循环密度最大增量为0.004 g/cm3,优良的流变学性能有利于深水浅部地层窄安全密度窗口井段的井壁稳定和井眼清洁。该体系还具有优异的水合物生成抑制性能,4 ℃、20 MPa、20 h内完全抑制水合物生成,陈化10 d及被钻屑污染后抑制性能保持良好,同时具备明显的水合物分解抑制性能。各处理剂重金属含量达标,钻井液体系生物毒性半有效浓度EC50值及半致死浓度LC50值均大于30 000 mg/L,满足我国一级海区环保要求。该钻井液的综合技术性能满足海域天然气水合物钻探技术要求。

     

  • 图  1  NaCl、KCl水溶液水合物相平衡曲线

    图  2  乙二醇、NaCl、KCl复配溶液水合物相平衡曲线

    图  3  水合物抑制性能的实验装置结构示意图

    图  4  动力学抑制剂抑制水合物生成的压力曲线

    图  7  A2、B1抑制水合物生成的测试效果

    图  5  动力学抑制剂抑制水合物生成的典型效果

    图  6  A2、B1抑制水合物生成的的压力曲线

    图  8  A2海水溶液对水合物的分解抑制性能

    图  9  膨润土的流变稳定性

    图  10  BDV-110S的流变稳定性

    图  12  BDFL-120S的流变稳定性

    图  11  BDF-600S的流变稳定性

    图  13  钻井液抑制水合物生成的压力曲线

    图  14  6#配方钻井液抑制水合物生成的效果

    图  15  钻井液抑制水合物分解的温压曲线

    图  16  海底岩样

    表  1  不同配方钻井液的流变性能

    配方T/
    AV/
    mPa·s
    AV/
    %
    PV/
    mPa·s
    PV/
    %
    YP/
    Pa
    YP/
    %
    φ6/φ3Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    ρ/
    g·cm−3
    1#2545.077.83073.315.086.77.0/6.03/3.53.51.09
    1.09
    480.05228.08.0/7.04.0/4.03.5
    2#2543.060.52860.715.060.07.0/6.03.5/4.03.51.09
    1.09
    469.04524.08.0/7.03.5/4.03.5
    3#2534.054.42454.210.055.04.5/4.02.0/3.04.01.09
    1.09
    452.53715.56.0/5.02.5/3.04.0
    4#2522.540.01741.25.536.42.0/2.01.0/1.56.01.07
    1.07
    431.5247.52.0/2.01.5/1.56.0
    5#2525.042.01942.16.041.72.0/2.01.0/1.55.01.07
    1.07
    435.5278.52.5/2.51.5/2.05.0
    6#2543.540.23135.512.552.06.0/4.02.0/3.04.01.07
    461.04219.07.0/5.03.0/3.54.01.07
    下载: 导出CSV

    表  2   重金属含量限值及不同处理剂检测结果

    限制/样品测试结果/(mg·kg−1
    限值137510001000
    低温流型调节剂
    BDV-110S
    0.080.92<0.12.4822.3
    低温降滤失剂BDF-600S0.050.324.2213.30187
    低温包被抑制剂
    BDFL-120S
    0.111.06<0.10.26724.8
    水合物动力抑制剂A20.040.25<0.1未检出5.38
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    表  3   不同处理剂及体系的生物毒性EC50

    处理剂EC50/(mg·L−1
    低温流型调节剂BDV-110S75 120
    低温降滤失剂BDF-600S72 500
    低温包被抑制剂BDFL-120S40 740
    水合物动力抑制剂A2115 490
    水合物钻井液体系39 240
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  • 收稿日期:  2021-04-26
  • 刊出日期:  2021-10-01

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