【摘 要】
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天然气水合物（Natural Gas Hydrate,简称NGH,俗称“可燃冰”）作为一种重要接替能源,赋存于深水海域和冻土地区,钻探天然气水合物的自然环境恶劣,加之水合物的存在,大大增加了钻井技术难度。针对天然水合物地层钻井过程中可能由天然气水合物分解（或相转变）引发的井壁稳定性问题,本文认为除传统的抑制泥页岩水化膨胀之外,还应充分重视地层中水合物分解对井壁稳定性的影响。一方面要防止天然气水合物
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51474231）“钻探天然气水合物中井壁稳定性及钻井液低温流变性的控制方法研究”；
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天然气水合物（Natural Gas Hydrate,简称NGH,俗称“可燃冰”）作为一种重要接替能源,赋存于深水海域和冻土地区,钻探天然气水合物的自然环境恶劣,加之水合物的存在,大大增加了钻井技术难度。针对天然水合物地层钻井过程中可能由天然气水合物分解（或相转变）引发的井壁稳定性问题,本文认为除传统的抑制泥页岩水化膨胀之外,还应充分重视地层中水合物分解对井壁稳定性的影响。一方面要防止天然气水合物在井筒中生成,另一方面也应该从化学手段中寻求减缓水合物分解的方法。以此谋求更加经济的实现稳定水合物的条件下实现安全快速钻进的手段。本文通过分子动力学模拟手段研究了Lecithin分子在天然气水合物晶体表面的吸附特征和天然其水合物的分解特征。研究结果表明,Lecithin分子会吸附在天然气水合物表面,其胆碱集团和磷酸基团会与临近的其他Lecithin分子以氢键形式相互连接,Lecithin分子的扭曲变形可能会形成网状结构,天然气水合物的分解速率会低于其直接与液态水接触时的分解速率。Lecithin形成的吸附层会将分解出的水分子和甲烷分子限制在水合物晶体表面,更容易引发天然气水合物记忆效应,进一步降低水合物分解速率。模拟了几种常见的链状双性体分子的水合物分解抑制效果,研究结果表明分子本身的非极性链长度、极性端连接的碳链数目以及分子间相互作用的强弱是影响其水合物分解抑制效果的关键,几种链状双性体分子的抑制能力排序为:Lecithin>二（十二酰基）磷脂乙醇胺>十八烷酸>十二烷酸>水。其中,Lecithin分子和二（十二酰基）磷脂乙醇胺分子吸附在水合物表面是均能引发“水合物记忆效应”,从而有效抑制水合物的分解。借助天然气水合物综合实验系统,模拟钻井液冲刷条件下井壁处天然气水合物分解过程,试验结果表明:Lecithin溶液的水合物分解抑制时间可达520min,效果最好,最佳使用浓度为0.5%。三醋精是几种抑制剂中的最佳配合物,推荐使用浓度为0.1%;0.5%Lecithin+0.1%三醋精,在盐度为3.5%的人工海水中,水合物分解抑制时间可达598min。结合以上研究成果,得到天然气水合物分解抑制型水基钻井液体系,其20MPa、4℃、1200min的反应釜压降为1.19MPa,水合物分解抑制时间为294min,两种水合物相关性能与作为基本配方的Na Cl/聚合物体系相比有较大提升。钻井液配方如下:3%海水土浆+0.2%Na2CO3+0.2%Na OH+0.2%HEC+0.1%XC+0.3%大胺+1%YZFS+1.0%FLO+1.5%TEX+1%LUBE+20%Na Cl+0.5%Lecithin+0.1%三醋精+0.2%PVP+重晶石
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