青海木里冻土水合物钻探技术研究解析.ppt

开钻次序 钻进孔段 钻具组合 开孔口径 0-20m Φ172mm钻头 + Φ89mm钻杆 + 主动钻杆 过度口径 20-300m Φ135mm钻头 + Φ135.5mm扩孔器 + Φ130mm外管 +Φ127mm绳索钻杆 + 主动钻杆 终孔口径 300m-终孔 Φ99mm钻头 + Φ99.5mm扩孔器 + Φ92mm外管 + Φ89mm绳索钻杆 + 主动钻杆 5.钻孔结构选择 根据施工设计，结合地层变化，最终钻孔结构如下（图5-1）：首先以Φ172mm合金取芯钻头钻穿第四系表土层进入基岩（孔深约8-20m）下入Φ168mm套管作为孔口管，然后以Φ135mm钻头和S127绳索取芯钻具钻进至孔深280-300m（视地层情况而定），完成测井工作后，将Φ127mm钻杆留在孔内作为下一级套管，然后换Φ99mm钻头和S89绳索取芯钻具钻进至终孔，泥浆护壁，事实证明这种钻孔结构比较优化，降低了孔内事故发生的几率。 天然气水合物钻探，不同于地质岩心钻探，既有回次进尺的限制、又有钻进时间的限制，还要保证岩心采取率及水合物样品较少分解的可能性，所以合适的取芯工艺及钻进参数对钻获原状性较好的水合物实物样品至关重要。 6.1钻进参数 钻进参数对钻获水合物样品至关重要，影响钻进参数的主要因素有岩层性质、钻头类型、设备能力等，研究表明，当使用较大口径钻具进行水合物钻探取芯时，由于在较高钻压和线速度条件下，单位时间内产生的岩粉较多，大量岩粉堆积在钻头底部重复破碎，摩擦产生大量热量，对加速岩心样品周围和内部水合物的分解起到积极的推动作用，不利于钻获较理想的原状水合物样品，综合以上因素，最终选用的钻进参数见表6-1。 钻头规格 钻压 转速 泵量 Φ135mm 12-18 KN 80-260r/min 80-140 L/min Φ99mm 10-15 KN 80-360r/min 80-120 L/min 6.2低温泥浆体系 研究表明，通过地面泥浆制冷系统将泥浆（入口）温度控制在2℃以内，最大限度的满足水合物赋存的原始温压条件，既可有效抑制水合物的临时性分解。 因此，施工原则上采用了高比重（增加孔底压力）+ 低温（抑制水合物分解）+ 低失水量（维护储层稳定）泥浆进行水合物取芯钻进。 经过室内实验室不断研究和现场反复生产试验，最终得到了适用于冻土区水合物钻探的最优泥浆配方，基本配方及应达到的性能参数如下： 泥浆配方：水13+ 优质钠基膨润土25-50kg + 广谱护壁剂10-15kg + 高粘防塌剂8-10kg + 磺化褐煤树脂 5-8kg 性能指标：比重1.06-1.08g/cm3、粘度28-36s、失水量5-6mL/30min、PH7-9、泥皮厚度0.5-0.8mm 上述配方在使用过程中，可根据地层和孔内情况需要，加入石灰石粉（碳酸钙）来进一步增加泥浆比重及孔内液柱压力，抑制钻进取芯过程中水合物的分解和不稳定地层坍塌。 如果上部松散、破碎不稳定地层巨厚或孔壁坍塌严重及孔内出现涌水、涌气等复杂情况时，可逐步将泥浆比重调至1.20g/cm3以上，迅速钻穿后下入技术套管进行隔离，此类不稳定地层泥浆护壁的关键是减少泥浆中的自由水向孔壁渗透，尽量减少或者抑制孔壁岩层呈散体状。 现场实践证明，将泥浆进孔温度控制2℃以内，并保持一定的孔底压力是冻土区成功钻获水合物实物样品的关键（表6-2），尤其泥浆温度在水合物钻进取芯过程中起着决定性作用，如果泥浆温度过高，水合物就会快速分解。 由勘探技术研究所专为冻土区天然气水合物钻探研制的泥浆冷却装置，可将泥浆进孔温度始终控制在2℃以内，对水合物样品的快速钻获起着重要作用。 钻孔 孔深 比重 粘度 失水量 mL/30min PH 泥饼 厚度 泥浆温度 （进口） DK11-14 280m 1.20 g/cm3 37s 5 8 0.5mm 1℃ DK11-14 320m 1.22 g/cm3 36s 5 8 0.5mm 2℃ DK12-13 203m 1.12 g/cm3 31s 6 9 0.5mm 0℃ 表6-2 现场钻获确认的水合物样品钻进取芯时泥浆的各项性能参数 （1）水合物钻探对泥浆要求较高，机台应选配优秀的泥桨管理人员，负责现场泥浆的配制、测定、调整和仪器、材料的保管，配齐泥浆性能测仪器，现场泥桨由钻探工程师统一管理。 （2）开钻前，泥浆性能必须调整到设计要求的范围，正常钻进每8小时做一次泥浆常规性能（比重、粘度）测定，每24小时做一次全套性能测量，若发现泥浆气侵或孔内情况情况要及时向工程技术人员汇报，同时加密测定泥浆比重、粘度，做好现场记录。 （3）严格按质量技术要求做好泥浆进孔和出孔温