[发明专利]一种冻土水合物储藏聚乙烯醇复配型钻井液

说明书

一种冻土水合物储藏聚乙烯醇复配型钻井液，涉及天然气水合物开采领域。本发明钻井液包括以下组分：聚乙烯醇、氯化钠、甲醇、乙二醇、磺化酚醛树脂SMP‑2、腐殖酸钾、黄原胶、聚乙烯吡咯烷酮K90、丙二醇苯醚、聚乙烯基甲基醚以及配制水，可用于冻土层天然气水合物储藏钻井使用，具有无固相、耐低温的作用，钻井液中通过加入动力学抑制剂与增效剂复配，具有较强的水合物生成抑制效果，并且钻井液组分对环境危害小，具有高效、环保、原料廉价易得等优点。

技术领域

本发明涉及一种冻土水合物储藏聚乙烯醇复配型钻井液，具体涉及天然气水合物开采领域。

背景技术

自然界中的天然气水合物主要分布在大陆边缘的海洋深水区和陆上永冻地区。天然气水合物是很有潜力的替代能源之一，对天然气水合物的研究是当代地球科学和能源工业发展研究的一大热点。然而大多数的研究都是针对海洋深水区的天然气水合物，关于陆上永冻地区天然气水合物的研究相对较少。要对赋藏在冻土层一定深处的天然气水合物进行勘探和开发，钻井是必不可少的重要手段。天然气水合物的相平衡性质决定了此类地层钻井与一般油气地层钻井有很大不同，也导致这类地层钻井面临更加复杂的井内问题，目前冻土层天然气水合物钻井的技术要点有以下两个方面：

1.冻土层天然气水合物储藏的钻进特点

冻土层钻进涉及的地层大部分为冻结岩层，冻结岩层是由多种矿物颗粒、冰块、未冻结的水以及充满水蒸气的空气等组成的多成分的岩系，在外部条件变化时(如温度和压力的波动)，不可避免地会引起永冻层自身物理性质发生质的变化；从可钻性的观点来看，永冻层应看作是一种物理机械性质变化的岩层，永冻层中所含的液相水分越少，其强度越高，岩石孔隙中存在的冰能提高其塑性，岩石塑性在钻进中的实际影响在于钻头在钻进中会遇到很高的阻力，并且永冻层的塑性随着岩石矿物粒度变小、冰冻性增长以及钻孔深度增加而增加。

钻井过程中，井内温度随时间和深度的不同而发生变化，沿钻柱向下流动的冲洗介质与环空中返流的冲洗介质，与地层处于不断的热交换过程，返流的冲洗介质又直接或通过间接地与周围岩石接触，并且钻头切削岩石、井底钻具与井壁及岩心的摩擦都会产生大量的热能；温度的变化使水合物稳定存在的条件被破坏，引发水合物的分解，造成井壁失稳，从而对钻井作业造成不利影响。

在冻土层天然气水合物储藏钻进时，必须考虑以下因素：①天然气水合物在温度升高、压力降低的情况下很容易分解；②其分解后释放出大量的气体，体积将会膨胀至120-170倍；③天然气水合物的平衡条件随气体和水溶液的混合成分的不同而发生变化；④天然气水合物的分解为吸热反应；⑤天然气水合物分解生成的水和气容易再生成天然气水合物。

因此，在该类地层钻进，一方面要考虑钻井液的性能和温度必须保证天然气水合物赋存地层的条件，抑制水合物的分解，另一方面还必须考虑在井内地层环境温度极低的情况下介质的循环。

2.冻土层天然气水合物储藏的钻进要求

钻井液侵入以及水合物的分解会不同程度地导致地层孔隙压力增大，孔隙压力增加使得保持井壁稳定所需钻井液密度也要增大，这不仅严重影响钻速，而且增加井壁渗透，使井周的孔隙压力增大，从而进一步降低井壁的稳定性，形成恶性循环，因此钻井液需要具有良好的井壁稳定性。

钻井过程中，进入地层的钻井液滤液与地层中水合物分解产生的水会导致地层含水量逐渐增加，当地层含水量过高时，会使水合物地层骨架水化加剧，导致井壁更加不稳；而且，水合物分解还会使地层的渗透性增大，钻井液向井壁渗透产生渗透压力，使地层的坍塌压力提高，破裂压力降低，使井壁更易坍塌与压裂，降低了井壁稳定性，因此钻井液需要具有良好的降滤失性。