海底天然氣水合物地層鉆井潛在風(fēng)險(xiǎn)及控制措施*

何 勇，唐翠萍，梁德青

（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，中國(guó)科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

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海底天然氣水合物地層鉆井潛在風(fēng)險(xiǎn)及控制措施*

何 勇，唐翠萍，梁德青?

（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，中國(guó)科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

摘 要：天然氣水合物是一種清潔高效能源，廣泛分布于大陸永久凍土帶和海洋環(huán)境中，其中海洋環(huán)境又以海洋大陸斜坡和深海盆地為主。對(duì)海底天然氣水合物地層進(jìn)行鉆井是研究海底天然氣水合物及獲得海底地層油氣資源最直接的手段之一，但海底天然氣水合物地層地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，鉆井面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。本文通過(guò)綜合分析海底天然氣水合物地層的儲(chǔ)層特性，探討了海底地層中天然氣水合物分解與再形成對(duì)鉆井工程的影響、可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境效應(yīng)，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，以期為我國(guó)海底天然氣水合物地層鉆井提供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物；鉆井；風(fēng)險(xiǎn)；控制

0 前 言

天然氣水合物因其儲(chǔ)量巨大、分布范圍廣、能量密度高且燃燒產(chǎn)物潔凈而被公認(rèn)為21世紀(jì)的重要后續(xù)能源，其研究已成為當(dāng)今能源科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[1]。自然界中，天然氣水合物主要分布于陸地永久凍土帶與海底的大陸邊緣地區(qū)，全球約有90%的海洋水域?yàn)樘烊粴馑衔镔x存的潛在場(chǎng)所[2]。鉆井是研究并獲取海底水合物最直接的手段之一，然而對(duì)海底水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)可能會(huì)帶來(lái)一系列包括鉆井工程災(zāi)害、海洋地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境災(zāi)害等在內(nèi)的諸多問(wèn)題[3-4]。究其原因，主要是由于在對(duì)海底天然氣水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，鉆井過(guò)程極易引發(fā)海底地層溫度和壓力發(fā)生變化而導(dǎo)致水合物分解，從而影響鉆井安全；另外，天然氣水合物的大量分解將導(dǎo)致海底地質(zhì)滑坡，并且水合物分解釋放大量甲烷氣體，其溫室效應(yīng)極強(qiáng)，釋放到大氣圈將會(huì)破壞全球環(huán)境[5-6]。

1 海底天然氣水合物地層賦存特性

天然氣水合物在自然界中能夠穩(wěn)定存在，主要取決于溫度、壓力、氣體組分、飽和度和孔隙水組成，其結(jié)晶和生長(zhǎng)速度還取決于沉積物顆粒大小、形狀和組成?？刂铺烊粴馑衔镄纬珊唾x存的因素受到海洋中一系列構(gòu)造和沉積作用的影響，在不同的時(shí)間尺度上導(dǎo)致多種可能的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)[7]。這些因素使得水合物出現(xiàn)在陸地永久凍土帶和大陸斜坡、邊緣海和內(nèi)陸海等深水環(huán)境中的幾率較高。

凍土帶天然氣水合物在較低的溫度和壓力下形成，由于受地溫梯度的影響，其蘊(yùn)藏深度一般較淺。相對(duì)于凍土帶，大陸邊緣的深水區(qū)有機(jī)碳供應(yīng)量充足，并且具有較高的沉積速率，目前所發(fā)現(xiàn)的水合物絕大多數(shù)都集中在這類(lèi)地區(qū)，從整體上來(lái)說(shuō)，海底天然氣水合物占所有天然產(chǎn)出水合物的絕大多數(shù)。從這個(gè)角度上來(lái)看，對(duì)海底天然氣水合物進(jìn)行鉆井研究更具有價(jià)值。

天然氣水合物屬于沉積礦產(chǎn)，受壓力與地溫梯度的影響，海底天然氣水合物主要賦存于海底淺表層的新生代地層中，該地層中沉積物主要來(lái)源于沉積速率大、富含有機(jī)質(zhì)的新生代陸源沉積[2]。水合物藏上部缺乏壓實(shí)作用，地層的力學(xué)強(qiáng)度較低，地層中的水合物在介質(zhì)中起膠結(jié)作用，水合物的存在會(huì)顯著提高沉積層的力學(xué)強(qiáng)度，若水合物大量分解，將會(huì)降低井壁圍巖的穩(wěn)定性，地層抗破壞能力將下降，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)垮塌[8]。

2 海底天然氣水合物地層鉆井潛在的風(fēng)險(xiǎn)

海底天然氣水合物一般賦存于水深超過(guò)500 m的深水區(qū)，相對(duì)于傳統(tǒng)的海洋油氣鉆井，其水深大，海底環(huán)境惡劣（高壓、低溫）。在鉆井過(guò)程中，海底水合物層受鉆井過(guò)程的擾動(dòng)，鉆井液在溫差和壓差驅(qū)動(dòng)下不可避免地侵入地層發(fā)生傳熱傳質(zhì)作用，導(dǎo)致地層中水合物分解，由于鉆井處于高壓低溫環(huán)境中，分解產(chǎn)生的氣體及下層游離氣將會(huì)在鉆井液中形成水合物從而引發(fā)鉆井安全事故；地層中水合物大面積快速分解將會(huì)誘發(fā)海底地質(zhì)滑坡，而甲烷作為一種效應(yīng)極強(qiáng)的溫室氣體，水合物分解產(chǎn)生的大量甲烷進(jìn)入大氣將會(huì)對(duì)大氣的熱輻射性能造成重大改變，進(jìn)而影響全球氣候[5,9]。

2.1 地層中水合物對(duì)鉆井工程的影響

對(duì)海底天然氣水合物地層鉆井時(shí)，鉆具對(duì)海底地層進(jìn)行破壞導(dǎo)致儲(chǔ)層井壁和井底附近地層應(yīng)力釋放，海底地層壓力降低；在鉆進(jìn)過(guò)程中，摩擦產(chǎn)生大量的熱并且鉆井液與地層間的熱交換將引起水合物層的溫度升高；海底水合物層對(duì)溫度、壓力條件極為敏感，當(dāng)?shù)貙訙囟壬?、壓力降低時(shí)將導(dǎo)致地層中的水合物發(fā)生分解，并且鉆井液中的無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)醇類(lèi)水合物熱力學(xué)抑制劑也會(huì)促進(jìn)地層中水合物的分解。

海底天然氣水合物層具有較高的靜水壓力和較低的環(huán)境溫度，水合物地層中分解的大量氣體涌入鉆井管線后，使鉆井管線內(nèi)壓力急劇升高，鉆井液與溫度較低的外界地層進(jìn)行熱交換導(dǎo)致自身溫度下降，從而在鉆井管線內(nèi)重新生成水合物；當(dāng)鉆至水合物層之下的游離氣層時(shí)，其壓力可能更高，規(guī)?？赡芨?，當(dāng)大量游離氣涌進(jìn)鉆井管線時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致管線中水合物生成[11]。

如圖1所示，海底水合物層鉆井管線內(nèi)形成水合物后，將會(huì)造成鉆井管線堵塞，嚴(yán)重影響正常的鉆井工作。鉆井過(guò)程中所形成的水合物對(duì)鉆井所產(chǎn)生的影響具體表現(xiàn)有：①水合物的形成將會(huì)導(dǎo)致節(jié)流管線、壓井管線堵塞，使循環(huán)作業(yè)無(wú)法進(jìn)行；②水合物堵塞防噴器或防噴器以下的空間將導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)防噴器下的壓力；③水合物的形成將會(huì)使鉆具無(wú)法移動(dòng)；④水合物的形成將會(huì)使防噴器無(wú)法完全打開(kāi)或關(guān)閉；⑤所生成的水合物在管線中循環(huán)時(shí)，由于溫度和壓力發(fā)生變化，極易分解產(chǎn)生大量的氣體使管線內(nèi)壓力升高影響井控工作，甚至導(dǎo)致井噴；⑥管線內(nèi)水合物的分解容易引起氣侵，氣體進(jìn)入井筒后形成超高壓會(huì)導(dǎo)致井漏、井噴及套管損壞等事故；⑦水合物的分解也會(huì)使得沉積物倒塌，造成井壁失穩(wěn)[12-14]。

圖1 水合物地層鉆井潛在的風(fēng)險(xiǎn)（據(jù)劉力[10]，修改）Fig. 1 Potential risks of drilling in marine gas hydrate bearing sediments

海底天然氣水合物地層鉆井中，天然氣水合物的形成對(duì)鉆井液性能也有顯著影響。當(dāng)水合物形成所需的大量氣體進(jìn)入到鉆井液中時(shí)，鉆井液與大量的氣體一起循環(huán)，將導(dǎo)致鉆井液密度降低，鉆井壓力增加；天然氣水合物形成將消耗鉆井液中大量的水，導(dǎo)致鉆井液失水而使其流變性發(fā)生改變，而且在鉆井液中會(huì)出現(xiàn)固相沉析，從而使鉆井過(guò)程中僅有少量鉆井液流動(dòng)而無(wú)法滿足鉆井需求[11]。另外，當(dāng)鉆井液中形成天然氣水合物后，鉆井液密度增加，影響鉆進(jìn)速度。同時(shí)，天然氣水合物的形成是一個(gè)放熱反應(yīng)，水合物形成時(shí)會(huì)向鉆井液中釋放大量的熱量，鉆井液的溫度就會(huì)受到明顯影響，溫度改變從而使鉆井液的性能也發(fā)生改變。由于鉆井過(guò)程的擾動(dòng)及鉆井過(guò)程中溫度和壓力條件的變化，鉆井液中所形成的天然氣水合物也可能發(fā)生分解，當(dāng)水合物開(kāi)始分解時(shí)（水合物的分解是吸熱反應(yīng)），鉆井液的溫度也會(huì)降低，鉆井液的性能隨溫度將發(fā)生一系列變化。在低溫條件下，鉆井液基本流變特性表現(xiàn)為表觀粘度、塑性粘度、屈服值和靜切力均增大，鉆井液有向凝析方向轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，而且井底和井口鉆井液密度的不均衡性，極易使鉆井液中的固相顆粒沉積，從而影響鉆井液的性能[15-16]。

2.2 鉆井所誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害

圖2 海底天然氣水合物的相圖（據(jù)Max[18]，修改）Fig. 2 Phase diagram for natural gas hydrate in seafloor

從海底天然氣水合物的相平衡圖（圖2）可以看出，海底天然氣水合物主要發(fā)育在合適溫度和壓力條件下的穩(wěn)定帶中，該區(qū)域內(nèi)的溫度和壓力處于水合物形成和穩(wěn)定存在的熱力學(xué)范圍內(nèi)。對(duì)海底天然氣水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，鉆井過(guò)程引起的地層壓力下降和溫度上升都將導(dǎo)致水合物分解，水合物分解產(chǎn)生大量的氣體和少量的水，使得處于準(zhǔn)膠結(jié)穩(wěn)定態(tài)的水合物與海底地層失穩(wěn)，釋放出的氣體和水為沉積層的大規(guī)模移動(dòng)創(chuàng)造了條件。若分解產(chǎn)生的氣體在沉積層孔隙內(nèi)不能迅速消散，那么將導(dǎo)致孔隙內(nèi)產(chǎn)生很大的超靜孔隙壓力，使得骨架的有效應(yīng)力減小，沉積層的承載能力降低，引發(fā)海底滑坡、塌陷，甚至海嘯等自然災(zāi)害，對(duì)海底電纜、通訊光纜、鉆井平臺(tái)等造成威脅或破壞[17]。

2.3 環(huán)境效應(yīng)

天然氣水合物的主要成分甲烷是一種溫室效應(yīng)極強(qiáng)的氣體，呈輻射狀活動(dòng)，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍[4]。海底水合物層進(jìn)行鉆井時(shí)影響了水合物層的穩(wěn)定性，釋放出大量甲烷，并最終進(jìn)入大氣圈，使大氣中的甲烷濃度隨海底天然氣水合物的分解而增加，對(duì)全球大氣組分變化造成巨大沖擊，影響到全球氣候變化走勢(shì)。

3 海底天然氣水合物地層鉆井風(fēng)險(xiǎn)控制措施

通過(guò)上述分析，海底天然氣水合物地層鉆井所面臨的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于地層中的水合物大量快速分解以及鉆井過(guò)程在井筒中所形成的水合物，因此，在水合物地層鉆井時(shí)必須要防止地層中的水合物大量分解，同時(shí)也要防止進(jìn)入井筒中的天然氣在鉆井管線中形成水合物。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，根據(jù)鉆井過(guò)程是否允許水合物的大量分解將水合物地層鉆井方法分為分解抑制法和分解容許法兩大類(lèi)。分解抑制法主要是通過(guò)控制井筒內(nèi)溫度、壓力并采用合適的水合物抑制劑使地層中的水合物處于相平衡狀態(tài)，不發(fā)生分解或只有少量分解；分解容許法主要是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄕT發(fā)地層中的水合物分解，但分解是被控制的?，F(xiàn)普遍認(rèn)為采用分解抑制法比較妥當(dāng)，以下將詳述水合物地層鉆探時(shí)采用的若干分解抑制法[19]。

3.1 采用良好的鉆井方案

在海底水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，為防止海底地層中的天然氣水合物大量分解及進(jìn)入鉆井管線中的游離氣形成水合物，可設(shè)計(jì)良好的鉆井方案來(lái)達(dá)到此目的。

天然氣水合物的穩(wěn)定性受溫度和壓力的嚴(yán)格控制，在海底天然氣水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，可通過(guò)設(shè)計(jì)良好的鉆井方案來(lái)控制鉆井過(guò)程中的溫度和壓力。對(duì)鉆井過(guò)程的溫度的控制可通過(guò)控制鉆井液溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在海洋深水鉆井中，鉆井管線復(fù)雜，循環(huán)過(guò)程中鉆井液使用量巨大，并且還需要考慮地層的破壞壓力和鉆井液的流動(dòng)特性等問(wèn)題。因此通過(guò)單一控制鉆井回路中鉆井液的溫度來(lái)防止水合物的分解/形成的運(yùn)行成本很高，經(jīng)濟(jì)效益較差，不適用于長(zhǎng)時(shí)間鉆井。對(duì)鉆井過(guò)程中壓力的控制可通過(guò)調(diào)節(jié)鉆井液的密度來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而，根據(jù)地層及鉆井條件，尤其是海底天然氣水合物地層條件復(fù)雜，鉆井液密度需要控制在一定范圍內(nèi)，為控制鉆井管線中的壓力所需的鉆井液密度并不一定滿足鉆井地層需求，所以靠調(diào)節(jié)鉆井液密度來(lái)控制鉆井過(guò)程中的壓力仍具有一定的局限性。地層中的水合物只有當(dāng)相平衡狀態(tài)被破壞以后才能分解，而井筒中的游離氣需要達(dá)到相平衡狀態(tài)才能形成水合物，因此在海洋天然氣水合物地層鉆井時(shí)，根據(jù)實(shí)際地層特征，對(duì)鉆井過(guò)程中的溫度和壓力實(shí)行聯(lián)合控制，在滿足經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)保證地層中的水合物不會(huì)大量分解并且鉆井管線中也不會(huì)形成水合物。

近年來(lái)，隨著鉆井設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，在設(shè)計(jì)海洋深水鉆井方案時(shí)，常采用氣液分離裝置對(duì)鉆井管線中的氣相和液相進(jìn)行分離來(lái)防止天然氣水合物的形成。2013年日本在其南海海槽進(jìn)行全球首例海洋水合物試開(kāi)采，在確定鉆井方案時(shí)，通過(guò)在鉆井管線中安裝氣體分離器和電子深潛泵對(duì)管線中的氣液相進(jìn)行分離以防止水合物的形成（圖3）。SAKURAI等對(duì)試開(kāi)采過(guò)程中氣液相分離后鉆井管線中水合物形成的可能性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)氣液分離裝置對(duì)管線中的氣相和液相進(jìn)行分離后，水合物開(kāi)始形成時(shí)會(huì)有少量附著于管壁，隨著管線中液相的流動(dòng)，所形成的水合物由于受到擾動(dòng)，部分會(huì)發(fā)生分解，部分以很小的顆粒分散于液相中，液相中水合物量極少不足以堵塞管線，并且對(duì)管線中溫度和壓力監(jiān)測(cè)顯示，管線中少量水合物的形成和分解對(duì)壓力和溫度的影響較小。在隨后的試開(kāi)采中，在鉆井管線中安裝氣體分離器和電子深潛泵對(duì)管線中的氣相和液相進(jìn)行分離，實(shí)際試開(kāi)采中未發(fā)生天然氣水合物堵塞管道事故。實(shí)驗(yàn)室模擬及實(shí)際應(yīng)用證明，在鉆井管線中設(shè)計(jì)氣液分離裝置能夠有效地防止管線中水合物的形成[20-21]。

圖3 日本水合物開(kāi)采系統(tǒng)示意圖（據(jù)SAKURAI等[21]，修改）Fig. 3 The diagram of hydrate production test system in Japan

3.2 采用油基鉆井液

油基鉆井液是一類(lèi)完全以非（弱）極性油品作為連續(xù)相的鉆井液，油基鉆井液中自由水含量較少，其形成水合物的幾率較小。廣義的油基鉆井液包括老式柴油基鉆井液、低毒礦物油基鉆井液和合成油基鉆井液。由于油基鉆井液具有很強(qiáng)的泥頁(yè)巖抑制性，能夠有效維持井壁穩(wěn)定，鉆進(jìn)過(guò)程中復(fù)雜情況很少發(fā)生，其使用過(guò)程中維護(hù)非常簡(jiǎn)單，體系穩(wěn)定性好，曾在油氣開(kāi)發(fā)中廣泛使用。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，基于對(duì)油氣開(kāi)采成本和環(huán)境保護(hù)的考慮，曾廣泛應(yīng)用于油氣田開(kāi)采的老式柴油基鉆井液逐漸被低毒礦物油基鉆井液和合成基鉆井液所取代。礦物油基鉆井液是反相乳化鉆井液與局部注射液，由特別石蠟基油相、多種乳化劑、分散劑等各種鉆井液處理劑配制而成，礦物油基鉆井液的毒性主要由其中所加入的乳化劑和分散劑所決定，為保證礦物油基鉆井液的低毒性，常使用的乳化劑和分散劑有氨基脂肪酸、妥爾油脂肪酸和改性咪唑因等。合成基鉆井液是以人工合成或改性的有機(jī)物為連續(xù)相，鹽水為分散相，在加入各種鉆井液處理劑組成，使用的合成基液有醋類(lèi)、醚類(lèi)、聚α-烯烴、醛酸醇等[22-25]。

低毒礦物油基鉆井液和合成基鉆井液除具有普通油基鉆井液的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)外，兩者都具有較好的環(huán)境接受性，適用范圍更廣泛，但在環(huán)境極敏感海域，低毒礦物油基鉆井液的使用也受到一定的限制。相對(duì)于低毒礦物油基鉆井液，合成基鉆井液更易于生物降解，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，鉆井污水、鉆屑和廢棄鉆井液均可向海洋排放；其閃點(diǎn)比礦物油基鉆井液高，凝固點(diǎn)要低。

鑒于低毒礦物油基鉆井液和合成基鉆井液的以上優(yōu)點(diǎn)，在海底天然氣水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，海底地層條件復(fù)雜，并且具有較高的壓力和較低的溫度，為保證井壁穩(wěn)定、保護(hù)水合物地層及防止鉆井管線中形成水合物，在鉆井過(guò)程中為保證鉆井安全，可采用低毒礦物油基鉆井液或合成基鉆井液。

3.3 采用具有水合物抑制性的水基鉆井液

水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì)，以粘土、加重劑及各種化學(xué)處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。水基鉆井液具有成本低、配制處理維護(hù)簡(jiǎn)單，處理劑來(lái)源廣、可供選擇的類(lèi)型多、性能容易控制等優(yōu)點(diǎn)，并具有較好的保護(hù)油氣層效果，因此其在國(guó)內(nèi)外油氣田作業(yè)中被廣泛應(yīng)用。在選用水基鉆井液對(duì)水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，為防止鉆井管線中形成水合物，目前在實(shí)際操作中最常用的方法是向鉆井液中加入水合物抑制劑，抑制水合物的形成與聚集。根據(jù)其對(duì)水合物的抑制機(jī)理可分為熱力學(xué)抑制劑、動(dòng)力學(xué)抑制劑和防聚劑[26]。

在實(shí)際生產(chǎn)中為了有效抑制水合物的形成，向鉆井液中加入足量的熱力學(xué)抑制劑（如鹽類(lèi)、醇類(lèi)），使水合物的生成溫度低于管線溫度或生成壓力高于管線操作壓力，從而防止管線中水合物的生成[27]。通過(guò)加入熱力學(xué)抑制劑來(lái)抑制鉆井管線中水合物的形成已在生產(chǎn)中得到廣泛使用，但熱力學(xué)抑制劑的加入要求濃度較高，使用量一般較大，成本較高。此外，當(dāng)鹽濃度較高時(shí)，對(duì)鉆井液的維護(hù)及鉆井液成分的調(diào)控就顯得十分困難，并且高濃度鹽類(lèi)的加入加快了鉆井設(shè)備的腐蝕，單獨(dú)通過(guò)向鉆井液中加入鹽類(lèi)來(lái)控制鉆井管線中水合物的形成受到一定的限制。醇類(lèi)的添加會(huì)影響天然氣水合物晶體的形態(tài)及結(jié)晶凝聚特征，對(duì)于低級(jí)醇類(lèi)，甲醇具有毒性，其應(yīng)用面臨著環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，乙二醇高昂的成本也限制了其使用。

水合物動(dòng)力學(xué)抑制劑，相對(duì)于傳統(tǒng)的熱力學(xué)抑制劑，其特點(diǎn)是不改變體系生成水合物的熱力學(xué)條件，而是大幅度降低水合物的生成速度，確保在鉆井過(guò)程中不發(fā)生堵塞現(xiàn)象。動(dòng)力學(xué)抑制劑能夠使水合物晶粒生長(zhǎng)緩慢甚至停止，推遲水合物成核和生長(zhǎng)的時(shí)間，防止水合物晶粒聚集長(zhǎng)大。在水合物成核和生長(zhǎng)初期，動(dòng)力學(xué)抑制劑吸附在水合物晶粒表面，通過(guò)氫鍵使活性劑的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與水合物晶體相結(jié)合，從而防止和延緩水合物晶體的生長(zhǎng)[1,16]。

動(dòng)力學(xué)抑制劑用于油氣勘探現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)已接近20來(lái)年。從應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，動(dòng)力學(xué)抑制劑具有抑制效果好、用量少、經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景更廣泛。Acro于1995年在北海南部氣田測(cè)試了Gaffix VC-713的應(yīng)用情況，BP于1995?1996年間采用基于TBAB和VCap聚合物的混合物在另一個(gè)北海南部氣田進(jìn)行了六次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以上兩例在處理過(guò)冷度為8℃ ~ 10℃下均獲得成功[1]。2001年FU等人在石油工程學(xué)會(huì)會(huì)議上介紹了乙烯基己內(nèi)酰胺和乙烯基甲基乙酰胺共聚物在陸地和海上的油氣田的成功使用情況[28]。2006年KELLAND對(duì)動(dòng)力學(xué)抑制劑的研究和應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，特別介紹了全球各大石油公司（ExxonMobile、Shell及IFP等）動(dòng)力學(xué)抑制劑的研究情況[29]。

防聚劑（AA）是一些聚合物或表面活性劑，實(shí)際使用中的效果理論上并不取決于過(guò)冷度的大小，它并不是抑制水合物的生成，而是使水合物顆粒懸浮在油相中處于分散狀態(tài)。防聚劑一般加入濃度低，但卻能有效的防止水合物晶粒的聚結(jié)，使水合物晶體在鉆井管線中輸送而不堵塞管線。

相對(duì)于動(dòng)力學(xué)抑制劑，防聚劑的應(yīng)用較晚，其效率受到鹽、聚合物和水等組分的影響。防聚劑主要有烷基芳香族鹽類(lèi)、烷基聚苷類(lèi)化合物、四元銨類(lèi)化合物、聚醚聚胺類(lèi)化合物及含有酰亞胺基的非離子兩性化合物等。防聚劑分散性能有限，僅在油水相共存時(shí)才可使用。它的加入可使油水相乳化，使水分散成小水滴，防止水合物的形成，其作用效果與油相組成含水量有關(guān)，即防聚劑與油氣體系中水合物的抑制具有選擇性[12,30]。

4 結(jié) 論

在對(duì)海底天然氣水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，由于受鉆進(jìn)過(guò)程的擾動(dòng)，地層中水合物失穩(wěn)大量分解從而誘發(fā)工程地質(zhì)災(zāi)害，并且鉆井管道內(nèi)具有水合物生成的溫度和壓力條件，分解氣大量涌入鉆井管道將導(dǎo)致水合物形成也會(huì)對(duì)鉆井工程造成危害，因此在水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，既要防止地層中的水合物大量分解，又要防止鉆井過(guò)程中水合物的形成。目前除美國(guó)和日本分別在墨西哥灣和南海海槽水合物地層進(jìn)行鉆井試驗(yàn)過(guò)，未見(jiàn)其他海域天然氣水合物地層鉆井相關(guān)報(bào)道。海底天然氣水合物地層鉆井涉及到制造裝備、海洋工程、地質(zhì)災(zāi)害等學(xué)科的前沿技術(shù)，未來(lái)我國(guó)對(duì)水合物地層進(jìn)行鉆井時(shí)，可借鑒美國(guó)和日本的相關(guān)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，充分了解地層資料，綜合多種方法，采用良好的鉆井方案，控制鉆井過(guò)程的溫度和壓力，實(shí)施良好的井控措施，并選用符合地層特性且具有水合物抑制性的鉆井液，使海底水合物地層鉆井安全、高效、可控。

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何 勇（1984- ），男，碩士，助理研究員，主要從事天然氣水合物研究。

梁德青（1970- ），男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事天然氣水合物研究。

The Potential Risks of Drilling in Marine Gas Hydrate Bearing Sediments and the Corresponding Strategies

HE Yong, TANG Cui-ping, LIANG De-qing
(CAS Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Science, Guangzhou 510640, China)

Abstract:Natural gas hydrate is a clean and efficient energy source which is widely distributed in marine continental slope and deep sea basin. Though drilling is one of the most efficient way for gas hydrate research and getting resources, the complex geological environment in marine gas hydrate bearing sediments leads to drilling faces many risks. The characteristics of marine gas hydrate bearing sediments were analyzed. The influences to the drilling engineering, the potential geological hazards, and environmental effects caused by natural gas hydrate decomposition and formation were summarized in this paper. The corresponding countermeasures are put forward. It could be as a reference for drilling in marine gas hydrate bearing sediments.

Key words:natural gas hydrate; drilling; risk; control

作者簡(jiǎn)介：

通信作者：?梁德青，E-mail：liangdq@ms.giec.ac.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（41406103）；國(guó)家海洋地質(zhì)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（GHZ2012006003）；中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目（KGZD-EW-301）

* 收稿日期：2015-11-09

修訂日期：2015-12-24

文章編號(hào)：2095-560X（2016）01-0042-06

中圖分類(lèi)號(hào)：TK01；P744.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2016.01.007