[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

说明书

本发明公开了一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法，包括如下步骤：配制不含水合物化学剂的钻井液，测定其中甲烷水合物相平衡条件；测定不同温压条件和多相流动条件下其中甲烷水合物的生成速率，进而得到目标条件下水合物生成动力学模型；通过建立钻井液影响下的水合物相平衡预测模型和含水合物相变的钻井井筒多相多组份非稳态运移控制方程组，计算不同钻井液排量、注入温度、钻井液添加剂浓度条件下钻井井筒温压场和井筒内天然气水合物相态动态分布规律，得到水合物生成区域内水合物最大浓度，使钻井井筒内水合物化学剂用量最优。可以实现对深水油气和天然气水合物钻井井筒内水合物风险的精准调控。

技术领域

本发明涉及深水油气和天然气水合物开发技术领域，特别是一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法。

背景技术

我国原油对外依存度已超过70％，天然气亦超过43％，严重威胁我国能源供应安全。随着陆上油气资源的枯竭，海洋油气和天然气水合物的开发成为缓解我国能源安全的重要手段，深水的低温高压环境是水合物生成的有利条件，由此造成深水钻井过程中水合物风险越来越大。目前，业界针对深水钻井过程中的水合物风险，通常采用保守的水合物防治方案，通过在钻井液中过量添加水合物化学剂，以达成完全抑制钻井井筒内水合物生成的目的，水合物化学剂冗余量超过100％。然而现有的保守水合物防治方案，还存在如下问题：

1.造成水合物防治成本高、经济效益低，使得深水油气开发成本高居不下，并严重制约了海域天然气水合物商业化开发的进程。

2.海洋油气钻井过程中，过量使用水合物抑制剂会造成严重环境污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法，三因素包括：钻井液添加剂、水合物化学剂和钻井水力参数设计。该方法建立目标条件下水合物相平衡预测模型、水合物生成动力学模型和含水合物相变的钻井井筒多相多组分多相流模型，计算不同钻井液排量、钻井液注入温度、钻井液添加剂浓度条件下钻井井筒温压场和环空内水合物相态分布规律，在环空内水合物浓度小于3_vol％的条件下，得到水合物化学剂用量范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种三因素协同调控钻井井筒水合物生成风险方法，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；(4)计算不同钻井液投放量、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)、(3)、(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；(6)：根据步骤(1)、(3)、(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3_vol％，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3_vol％；(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。

作为本发明的进一步优选，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。

作为本发明的进一步优选，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。