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2 0 1 4 年 l 2月 石油勘探与开发 PETR0LEUM EXPLORAT1 0N AND DEVELOPM ENT Vb1 ． 41 No． 6 75 5 文章编号1 0 0 0 - 0 7 4 7 2 0 1 4 0 6 ． 0 7 5 5 ． 0 8 DO I 1 0 ． 1 1 6 9 8 ／ P E D． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 1 7 深水钻完井天然气水合物风险及预防措施 以南 中国海琼东南盆地 Q DN X井为例 张亮 ，张崇 2 ，黄海东 ，齐东明4 ，张宇 ，任韶然 ，吴志明2 ，方满宗2 1 ．中国石油大学 华东 石油工程学院；2 ．中海石油 中国 有限公司湛江分公司；3 ．斯伦贝谢中国公司； 4 ．山东科瑞集 团工程技术研究院 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 项 目 “ 南海深水油气勘探开发关键技术及装备” 2 0 0 6 AA 0 9 A1 0 6 长江学者和创新团队发展计划资助项目 I R T 1 2 9 4 摘要 以南中国海琼东南盆地某深水天然气探井为例，分析钻完井过程 中不同工况下的水合物风险，提出了预防措施， 并进行了实验验证和现场应用。预测 了 水合物相态曲线，并计算 了不同工况下井筒温度、压力场，在此基础上分析 了 水合物风险，结果表明正常钻进时最大过冷度为 6 5℃， 水合物风险区较小；停钻和停测时最大过冷度分别为 1 9 ． 0℃ 和 2 3 ． 0℃，水合物风险区较大；测试初期最大过冷度不超过停测状态；节流放喷过程中水合物风险井段减小，当产气 量大于 2 5 1 0 m ／ d时水合物风险消失。设计的水合物预防措施为正常钻进和停钻时钻井液中添加氯化钠乙二醇； 测试液中添加氯化钠／ 甲酸钾 乙二醇；节流放喷过程中产气量小于 2 5 1 0 m ／ d时，井下注入 甲醇；长期关井时采用 测试液充填测试管柱。室内实验和现场应用结果表明，设计的预防措施满足水合物抑制要求。图 l 1 表 6 参 3 4 关键词 天然气水合物；钻井液；井筒温度 ；过冷度；水合物抑制剂；深水钻井 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 A Ga s h y d r a t e r i s ks a n d pr e v e n t i o n f o r d e e p wa t e r d r i l l i ng a n d c o mpl e t i o n A c a s e s t u d y o f we l l QDN - X i n Qi o n g d o n g n a n B a s i n ， S o u t h Ch i n a S e a Zh a n g Li a ng ， Zh a ng Ch o n g ， Hu a n g Ha i d o ng 。 ，Q i D o n g mi n g ， Z h a n g Y u ， R e n S h a o r a n ， Wu Z h i mi n g ， F a n g Ma n z o n g 1 ． S c h o o l o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o fP e t r o l e u m， Qi n g d a o 2 6 6 5 8 0 ， C h i n a ； 2 ． Z h a i a n g B r a n c h C o m p a n y ， C NOOC ， Z h a n j i a n g 5 2 4 0 0 0 ， C h i n a ； 3 ． S c h l u mb e r g e r L i mi t e d C h i n a ， B e o i n g 1 0 0 0 1 5 ， C h i n a ； 4 ． R e s e a r c h I n s t i t u t e ofE n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ， S h a n d o n g K e r u i G r o u p ， Do n g y i n g 2 5 7 0 6 7 ， C h i n a Abs t r a c t T a k i n g a d e e p - wa t e r e x p l o r a t i o n we l l o f n a t u r a l g a s l o c a t e d i n t h e Qi o n g d o n g n a n B a s i n i n t h e S o u t h C h i n a S e a a s a n e x a mp l e ， t h e h y d r a t e ri s k s o f t h e we l l u n d e r o p e r a t i o n a l c o n d i t i o n s d u r i n g dri l l i n g a n d t e s t i n g p r o c e s s e s we r e a n a l y z e d ， a n d t h e c o r r e s p o n d i n g h y d r a t e p r e v e n t i o n s o l u t i o n s we r e p r e s e n t e d a n d v e rifi e d b y l a b e x p e r i me n t s a n d fi e l d a p p l i c a t i o n ． Ba s e d o n t h e p r e d i c t e d g a s h y d r a t e e q u i l i b riu m C U l V e s a n d t h e c a l c u l a t e d we l l b o r e p r e s s u r e - t e mp e r a t u r e fi e l d s ， t h e h y dra t e ri s k s we r e an a l y z e d ． T h e ma x i mu m s u b - c o o l i n g t e mp e r a tur e i s 6 ． 5 ℃ d u r i n g n o r ma l dri l l i n g wi th a s ma l l h y d r a t e s t a b i l i t y z o n e i n the we l l b o r e ； wh e n the d ri l l i n g o r t e s t i n g s t o p s ， t h e h y dra t e s tab i l i ty z o n e i n the we l l b o r e b e c o me s l a r g e r a n d t h e ma x i mu m s u b c o o l i n g t e mp e r a t u r e s a r e 1 9 ℃ a n d 2 3 ℃ r e s p e c t i v e l y ； t h e ma x i mum s ub c oo l i ng t e mpe r a t u r e at t he be g i nn i ng of t e s t i n g i s n o mor e t h a n that wh e n t e s t i n g s t o ps ； whe n t h e t e s t e d p r o d u c t i o n r a t e o f n a t u r a l g a s i n c r e a s e s ， the h y dra t e s t a b i l i t y z o n e i n t h e we l l b o r e d e c r e a s e s o r e v e n d i s a p p e a r s i f t h e g a s r a t e i s mo r e t h a n 2 5 x 1 0 m ／ d ． T h e d e s i g n e d h y dra t e p r e v e n t i o n s o l u t i o n s i n c l u d e a d d i n g muri a t e o f p o t a s h a n d e t h y l e n e g l y c o l i n t o d r i l l i n g fl u i d d ur i n g n o rm a l d r i l l i n g a n d wh e n d r i l l i n g s t o p s ； a d d i n g c a l c i u m c h l o r i d e ／ p o t a s s i um f o rm a t e a n d e t h y l e n e g l y c o l i n t o t e s t i n g fl u i d ； a p p l y i n g d o wn h o l e me t h y l a l c o h o l i n j e c t i o n w h e n t h e p r o d u c t i o n r a t e o f n a t u r a l g a s i s l o we r t h a n 2 5 x 1 0 m ／ d ； fi l l i n g t h e t e s t i n g s t r i n g w i t h t e s t i n g fl u i d w h e n t h e t e s t s h u t s do wn f o r a l o n g t i me ． La b e x pe r i me n t s an d fie l d o pe r a t i o n s ha ve i nd i c a t e d t ha t a l l t h e d e s i gn e d s o l u t i o n s c a n me e t t he r e q u i r e me nt s o f h ydra t e p r e ve n t i o n． Ke y wor ds ga s h yd r a t e ； d r i l l i n g flui d； we l l b o r e t e mp e r a t u r e ； s ub - c o o l i n g t e mpe r a t ur e； h y dra t e i n h i bi t o r ； d e e p wa t e r dri l l i ng 0引言 深水区域是全球油气资源的主要接替领域 ，但深 水油气资源 的勘探开发还存在诸多问题 ，其 中深水钻 完井及油气开发过程 中的天然气水合物风险是不可避 免的挑战之一。深水海域海底附近井筒及管线 内流体 处于高压低温环境 ，窜人或产 出的天然气和 自由水共 存 ，极易形成水合物而堵塞流通管路 ，造成作业事故 和经济损失。因此 ，天然气水合物预防是确保深水钻 完井顺利施工及生产安全的重要保障之一[ 。 7 6 2 石油勘探与开发 综合研究 、 ， o 1 ． 4 l No ． 6 [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 】 [ 1 7 ] [ 1 8 】 [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] 【 2 3 ] [ 2 4 ] W a n g Bo ．Re s e a r c h o n t h e me t ho d o f we l l bo r e t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e c a l c u l a t i o n d u r in g d e e p - wa t e r d r i l l i n g [ D] ． Do n g y i n g C h i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m， 2 0 0 7 ． 尹邦堂 ，李相 方，孙 宝江，等．井筒 环空稳态 多相流水动力 学模 型[ J ] ．石油勘探与开发， 2 0 1 4 ， 4 1 3 3 5 9 - 3 6 6 ． Y i n B a n g t a n g ， L i Xi a n g f a n g ， S u n B a o j i a n g ， e t a 1 ． Hy d r a u l i c mo d e l o f s t e a d y s t a t e m u l t i p h a s e fl o w i n we l l b o r e a n n u l i [ J ] ．P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ， 2 0 1 4 ， 4 1 3 3 5 9 3 6 6 ． 高永海，孙宝江 ，王志远 ，等 ．深水钻探 井筒温度 场的计算与 分 析[ J ] ．中国石油大学学报自然科学版， 2 0 0 8 ， 3 2 2 5 8 - 6 2 ． G a o Y o n g h a i ， S u n Ba o j i a n g ， Wa n g Z h i y u a n ， e t a 1 ． C a l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s o f we l l b o r e t e mp e r a t u r e fi e l d i n d e e p wa t e r d r i l l i n g [ J ] ． J o u r n a l o f Ch i n a Uni v e r s i t y o f P e t r o l e u m Ed i t i o n o f Na t u r a l S c i e n c e ， 2 0 0 8 ， 3 2 2 5 8 6 2 ． 杨进，唐海 雄，刘正礼，等．深 水油气井套 管环空 压力预测模 型 [ J 】 ．石油勘探与开发 ， 2 0 1 3 ， 4 O 5 6 1 6 6 1 9 ． Ya n g J i n ，T a n g Ha i x i o n g ，Li u Z he n g l i ，e t a 1 ．P r e d i c t i o n mo d e l o f c a s i n g a n n u l us p r e s s u r e f o r d e e pwa t e r we l l d r i l l i n g a nd c o mp l e t i o n o p e r a t i o n [ J ] ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t ， 2 0 1 3 ， 4 O 5 6 l 6 61 9 郭 洪 岩．徐 深气 田深层 气井 温 度压 力 分布 计 算[ J ] l中外 能源 ， 2 0 1 1 ， 1 6 5 6 2 - 6 7 ． Gu o Ho n g y a n ．Ca l c u l a t i o n o f t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n o f d e e p g a s we l l i n Xu s h e n g a s fi e l d [ J ] ． S i n o Gl o b a l E n e r g y ， 2 0 1 1 ， 1 6 5 6 2 6 7 ． 刘通 ，李颖川 ，钟海 全．深水 油气井温度 压力计算 [ J 】 ．新 疆石油 地质， 2 0 1 0 ， 3 1 2 1 8 1 1 8 3 ． Li u T o n g ，L i Yi n g c h u a n ，Zh o n g Ha i q u a n．Ca l c ul a t i o n o f we l l b o r e t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e i n d e e p w a t e r o i l g a s we l l s [ J ] ．X i i a n g P e t r o l e u m G e o l o g y , 2 0 1 0 ， 3 1 2 1 8 1 - 1 8 3 ． 宋玲安 ，牟小 军，刘 正礼，等 ．深水 钻完井天然气 水合物 防治技 术[ J ]科技创新导报， 2 0 1 2 ， 2 6 1 3 4 ． S o n g L i n g ’ a n ，Mo u Xi a o j u n ，L i u Z h e n g l i ，e t a 1 ．P r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y o f na t u r a l g a s h y d r a t e d u r i n g d e e p wa t e r d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n s [ J ] ．S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n He r a l d ， 2 0 1 2 ， 2 6 1 3 4 ． Da v a l a t h J ，Ba r k e r J W ．Hyd r a t e i n h i b i t i o n d e s i g n for d e e p wa t e r c o mp l e t i o n s [ J ] ． S P E D r i l l i n g＆Co mp l e t i o n ， 1 9 9 5 ， 1 0 2 1 1 5 - 1 2 1 ． P a k u l s k i M，Q u Q，P e a r c y R ．G u l f o f Me x i c o d e e p wa t e r we l l c o mp l e t i o n wi t h h y d r a t e i n h i b i t o r s [ R ] ． S P E 9 2 9 7 1 ， 2 0 0 5 ． Vi c k e r s S，Hu t t o n A，Lu n d A，e t a 1 ．De s i g ni n g we l l flu i d s for t h e Or me n L a n g e g a s p r o j e c t ， r i g h t o n t h e e d g e [ R ] ． S P E 1 1 2 2 9 2 ， 2 0 0 8 ． He n r y W C， Hy de n A M ，W i l l i a ms S L．I n n o v a t i o n s i n s u b s e a d e v e l o p me n t o p e r a t i o n [ R] ． S P E 6 4 4 8 9 ． 2 0 0 0 ． We b be r P ，Mo r a l e s N，Co n r a d P ，e t a 1 ．De v e l o p me n t o f a d u a l f u n c t i o n a l k i n e t i c h y d r a t e i n h i b i t o r fo r a n o v e l No ah S e a we t ga s a p p l i c a t i o n [ R ] ． S P E 1 6 4 1 0 7 ， 2 0 1 3 ． Ha r u n A F ．W a t t N．Br i n g i ng t h e fi r s t BP- o p e r a t e d s u b s e a t o - s h o r e g a s fi e l d i n t o p r o d u c t i o n F l o w a s s u r a n c e l e s s o n s l e a r n e d [ R ] ． S P E 1 2 3 5 3 4 ， 2 0 0 9 ． Az a r i n e z h a d R，Cha p o y A，An d e r s o n R，e t a 1 ．A we t c o l d- f l o w t e c h n o l o g y for t a c k l i n g o f f s h o r e fl o w- a s s u r a n c e p r o b l e ms [ R ] ． S P E 1 3 2 3 4 9 ， 2 0 0 9 ． 罗俊 丰，刘科 ，唐海 雄．海洋 深水钻井 常用 钻井液 体系浅 析[ J ] l 长江大学学报自然科学版， 2 0 1 0 ， 7 1 1 8 0 1 8 2 ． Lu o J u n f e n g， Li u Ke ， Ta n g Ha i x i o n g ．Dr i l l i n g fl u i d s ys t e m f o r d e e p w a t e r d r i l l i n g [ J ] ．J o u r n a l o f Y a n g t z e U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ， 2 0 1 0 ， 7 1 1 8 O 一 1 8 2 ． 【 2 5 ] 许维 秀，李其京，陈光进 ，天然气水合 物抑制剂研究进 展[ J ] ．化 工进展， 2 0 0 6 ， 2 5 1 1 1 2 8 9 1 3 0 0 X u We i x i u ， L i Qij i n g ， C h e n Gu a n g j i n ． P r o g r e s s i n s t u d y o f n a t u r a l g a s h y d r a t e i n h i b i t o r [ J ] ． C h e mi c a l I n d u s t r y a n d E n g i n e e r i n g P r o g r e s s ， 2 0 0 6 ， 2 5 1 1 1 2 8 9 - 1 3 0 0 ． [ 2 6 ] 毕曼，贾增强，吴红钦，等．天然气水合物抑制 剂研究与应用 进 展[ J ] ．天然气工业， 2 0 0 9 ， 2 9 1 2 7 5 7 8 ． Bi M a n ，J i a Ze ng q i a n g ，W u Ho n g q i n，e t a 1 ．Up d a t e p r o g r e s s i n r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f n a t u r a l g a s h y d r a t e i n h i b i t o r [ J ] Na t u r a l G a s I n d u s t r y ， 2 0 0 9 ， 2 9 1 2 7 5 - 7 8 ． [ 2 7 ] 樊栓狮，王燕 鸿，郎雪梅 ．天然气水合物 动力学抑制技术研究进 展 [ J ] ．天然气工业， 2 0 1 1 ， 3 l 1 2 1 - 1 1 ． Fa n S h u a ns hi ，W a ng Ya n h o n g ，La n g Xu e me i ．P r o g r e s s i n s t u d y o f n a t u r a l g a s h y d r a t e k i n e t i c i n h i b i t o r [ J ] ． N a t u r a l G a s I n d u s t ry, 2 0 1 1 ， 3 1 I 2 1 1 I ． 【 2 8 ] 梁裕 如，张书勤．延长气田天然气水合物抑制剂注入量的确定[ J ] l 甘肃科技， 2 0 1 1 ， 2 7 1 3 2 ． 3 4 ． L i a n g Y u r u ， Z h a n g S h u q i n ． D e t e r mi n a t i o n o f i n j e c t i o n v o l u me for g a s h y d r a t e in h i b i t o r i n Y a n c h a n g g a s fi e l d [ J ] ． Ga n s u S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ， 2 7 1 3 2 3 4 ． 【 2 9 ] 关 昌伦 ，叶学礼．天然气水合物抑制剂 甲醇注入量的计算[ J ] l天 然气与石油， 1 9 9 3 ， 1 1 4 8 ． 1 2 ． Gu a n C h a n g l u n ，Y e Xu e l i ．Ca l c u l a t i o n o f me t h a n o l i e c t i o n o f n a t u r a l g a s h y d r a t e [ J ] ． Na t u r a l Ga s a n d O i l ， 1 9 9 3 ， 1 1 4 8 - 1 2 ． [ 3 0 】 B o t r e l Hy d r a t e s p r e v e n t i o n a n d r e mo v a l i n u l t r a d e e p wa t e r d r i l l i n g s y s t e ms [ R ] ． O T C 1 2 9 6 2 ， 2 0 0 1 ． [ 3 1 ] 孙宝江，刘晓兰，任韶然．钻 井液 添加剂抑制天然气水 合物形成 的试验[ J ] ．中国石油大学学报 自然科学版， 2 0 0 8 ， 3 2 1 5 6 5 9 ． S u n B a i a n g ， L i u X i a o l an， R e n S h a o r an． E x p e r i me n t o n i n h i b i t i n g o f d r i l l i n g fl u i d a d d i t i v e for n a t u r a l g a s h y d r a t e f o r ma t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f Ch i n a Un i v e r s i t y of P e t r o l e u m Ed i t i o n o f Na t u r a l S c i e n c e ，2 0 08 ， 3 2 1 5 6 5 9 ． [ 3 2 ] 孙宝江，马欣本，刘 晓兰，等 ．钻井液添加剂 J L X B 抑制天然气 水合物形成 的实验研究 [ J ] l石油学报， 2 0 0 8 ， 2 9 3 4 6 3 - 4 6 6 S u n B a o j i a n g ， Ma Xi n b e n ， L i u Xi a o l a n ， e t a 1 ． E x p e r i me n t a l s t u d y o n d r i l l i n g flu i d a d d i t i ve J LX B fo r i n h i b i t i n g n a t u r a l g a s h y d r a t e f o r ma t i o n [ J ] ． Ac t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 8 ， 2 9 3 4 6 3 - 4 6 6 ． [ 3 3 ] F a d n e s F H， J a k o b s e n T ， B y l o v M． S t u d i e s o n t h e p r e v e n t i o n o f g a s h y d r a t e s f o r m a t i o n i n pi p e l i n e s u s i n g p o t a s s i u m f o r ma t e a s a t h e r mo d y n a mi c i n h i b i t o r [ R ] ． S P E 5 0 6 8 8 ， 1 9 9 8 ． [ 3 4 ] Ca b o t ．T h e f o r ma t e t e c h n i c a l ma n u a l ， S e c t i o n B1 3 H y d r a t e i n h i b i t i o n [ M] ． B o s t o n C a b o t C o r p o r a t i o n ， 2 0 0 8 ． 第一作者简介张亮 1 9 8 3 一 ，男，山东泰安人 ，博士，中国石油大学 华东 讲师，主要从事注气提高采收率、C O2 埋存及利用、非常规油气 开发、油气田生产安全等方面的教 学和研究工作。地址山东省青岛市经 济技术开发 区长江西路 6 6号，中国石油大学 华东 石油工程学院油藏工 程 系， 邮政编码 2 6 6 5 8 0 。 E ma i l z h ang l i a n g k b 1 6 3 ． c o m； z h l u p c u p c ． e d u ． c n 收稿日期2 0 1 4 ． 0 1 ． O 1 修回日期2 0 1 4 ． 0 8 ． 2 7 编辑胡苇玮 绘 图 刘方方
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