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海洋深水钻井液水合物抑制剂研究

白小东  
【摘要】:海洋深水钻井作业环境恶劣,操作条件复杂,其中之一便是钻井液(主要是水基钻井液)中容易形成天然气水合物。水合物的存在对钻井安全和完井效率有严重威胁,其能堵塞上部环空、BOP和凡尔/压井管线,妨碍油井的压力监控,限制钻柱活动,导致钻井液性能变坏,堵塞气管、导管、隔水管。本研究解决了深水钻井液中形成水合物堵塞的难题,得到了天然气水合物抑制剂HBH,并建立了一套针对海洋深水钻井的水合物抑制性钻井液体系,为深水海域的油气资源勘探和开发提供了技术支持和储备。 在文献调研的基础上,对水合物形成机理作了研究,以此确定了水合物抑制剂官能团并对合成单体进行了优选。采用乳液聚合方式,通过正交实验研究得到了最佳合成条件,研制出天然气水合物动力学抑制剂HBH。用红外光谱、核磁共振光谱和凝胶色谱对其作了分子结构表征。建立了一套评价天然气水合物抑制剂抑制性能的实用方法(THF测试法),设计了实验装置,模拟了四氢呋哺水合物的形成过程。该方法原理简单,操作简便,耗时较少,在国外已开始使用。评价了水基钻井液常用处理剂,如:粘土、NaCl、CaCl_2、MgCl_2、PEG、XY-27、FCLS、CMC和PSC等对天然气水合物形成的影响。其中:粘土对水合物形成起促进作用;无机盐NaCl、CaCl_2、MgCl_2在高浓度下起抑制作用;而有机处理剂PEG、XY-27、FCLS、CMC、PSC则对水合物的形成影响不大(正常加量范围内)。最后以中国海洋石油油田技术服务公司广泛使用的水基泥浆为基础,配以研制的水合物抑制剂HBH,研究了适用于深水钻井的具有水合物抑制性的水基钻井液体系及配方。评价了该体系的水合物抑制性、流变性及失水控制。 本文同时对HBH抑制水合物的机理进行了初步研究,通过对水合物的结晶速率实验表明了抑制剂分子链段越长,增大了水合物晶核链的缠绕几率,从而加快水合物晶体的聚集,抑制性较差;而分子量适中的抑制剂比较容易进入水合物的笼型结构中,抑制性较好,最佳分子量在20万左右。


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