[发明专利]一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法

权利要求书

1.一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)测定不含水合物化学剂的钻井液中水合物相平衡条件；

(2)测定不含水合物化学剂的钻井液中水合物生成速率；

(3)根据步骤(2)的计算结果，建立多相流动条件下的水合物生成动力学模型和井筒内含水合物相变的多相多组分多相流模型；步骤(3)中水合物生成动力学模型为为水合物生成速率，M_CH4为甲烷摩尔质量，k_CH4a为水合物生成过程中气液间传质系数，V_tot为环空内水合物生成区域体积，C_w为水的浓度，x_I为气液界面处甲烷分子浓度，x_eq为水合物相平衡条件下甲烷分子浓度；

(4)计算不同钻井液排量、不同钻井液注入温度、不同钻井液添加剂浓度条件下的钻井环空内温度场和压力场；

(5)根据步骤(1)、(4)计算钻井环空内水合物生成区域和水合物相态动态分布规律，基于步骤(4)所计算的环空内温度和压力曲线，根据步骤(1)中的适用于目标区块温压范围内的水合物相平衡预测经验模型，不含水合物化学剂的钻井液中水合物相平衡条件计算模型适用压力范围为2.5～10MPa，温度范围为1.5-12℃，该范围可以满足常见的深水井筒水合物生成区域预测的温度和压力范围；可以计算沿井深分布的水合物相平衡温度和相平衡压力曲线，温度曲线和水合物相平衡温度曲线相交的区域即为水合物生成区域，压力曲线和水合物相平衡压力曲线相交的区域也为水合物生成区域；考虑到钻井工况下，钻井井筒内温度场和压力场均受到钻井液物性参数、钻井水力参数、井身结构多种不固定因素的影响，因此，钻井井筒内水合物相态分布随时间和钻井水力参数呈动态变化；不同时刻和钻井水力参数条件下的水合物生成区域的集合，也称为钻井井筒内水合物相态动态分布规律；

(6)：根据步骤(4)计算钻井环空水合物生成区域内水合物生成量的动态分布规律；

(7)：测定环空内水合物含量是否高于3vol％，是否需要使用水合物化学剂；步骤(7)中判定水合物生成区域内的水合物动态生成量是否高于水合物生成区域环空体积的3vol％，当水合物生成量小于水合物生成区域环空体积的3vol％时，证明现有钻井液具备防控水合物生成的能力，水合物生成和分解对井筒压力控制和流动安全未产生严重影响，无需采用额外的水合物防治措施，计算结束；当水合物生成量大于3vol％时，证明现有钻井液无法满足调控水合物风险的需求，需要进一步添加水合物化学剂，抑制水合物生成，降低水合物风险；根据步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)可测定钻井液添加剂对水合物的调控作用，并得到不含水合物化学剂情况下的环空内水合物动态分布，测定环空内水合物含量是否高于3vol％，是否需要使用水合物化学剂；

(8)：根据步骤(6)计算钻井环空内水合物临界生成速率，使水合物含量最大不高于3vol％；

(9)：测定不同水合物化学剂复配、化学剂浓度条件下的水合物生成速率；

(10)：计算最优水合物化学剂用量。

2.根据权利要求1所述的一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法，其特征在于：

步骤(1)的不含水合物化学剂的钻井液中水合物相平衡条件计算模型为P_eq＝aT^b，式中P_eq为甲烷水合物相平衡压力，T为井筒温度，a为由实验测量数据确定的经验参数，b为由实验数据确定的经验参数。

3.根据权利要求1所述的一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法，其特征在于：

步骤(2)中不含水合物化学剂的钻井液中水合物生成速率的计算模型为其中式中，S为标准偏差，N为水合物生成速率的组数，X_i为水合物生成速率，为水合物生成的平均速率。