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墨西哥湾、北海等深水海域钻井经验表明,浅水流等深水浅层地质灾害严重影响深水钻井安全,中国南海深水钻井过程中也极可能钻遇浅水流危害。在对目标海区浅水流识别和表征的基础上,认识钻井过程中浅水流的流动机理与控制因素及其对钻井安全的影响,研究控制浅水流危害的有效措施,对南海深水油气开发具有重要意义。本文详细描述了浅水流危害对于深水钻井安全的影响。运用油藏数值模拟的方法,在目标海域浅水流描述的基础上,建立了目标海域典型浅水流层地质模型和深水钻井中浅水流喷发数学模型,模拟了典型钻井工况下浅水流层水体和砂体的喷出过程,并研究了浅水流层超压系数、规模、孔隙度和渗透率以及钻进速度对于浅水流喷发的定量影响。基于深水浅层水合物层基本特征,建立了深部钻进过程中水合物层导热模型、水合物热分解动力学模型以及水合物分解局部超压演变模型,计算了典型钻井工况下典型浅层水合物层分解及其引起的井筒周围局部超压的演变过程,同时分析了钻井液循环温度和水合物饱和度对于水合物分解和超压演变过程的影响。最后,总结提出了深水钻井过程中预防和控制浅水流危害的综合措施。研究结果表明,深水钻井中钻遇浅水流层,水体和砂体将在地层超压作用下迅速涌入井筒,累积喷水量和累积喷砂量将持续升高。当以40m/h的钻进速度钻穿位于水深1500m海底泥线以下500m处的面积为3600m~2、厚度为100m、孔隙度为0.4、渗透率为3μm~2、地层压力为24.3MPa的浅水流层时,累积喷水量和累积喷砂量将分别高达100m~3和1m~3。浅水流层压力系数对于其危害具有重要影响,超压系数增加10%,将导致钻穿浅水流层时累积喷水量增加90%,累积喷砂量增加150%。浅水流层孔渗条件对其危害也有重要影响,浅水流层孔隙度增加10%,渗透率增加20%时,将导致累积喷水量和累积喷砂量增加14%。相比之下,钻穿浅水流层过程中浅水流层规模对于其危害的影响较小,但浅水流规模的影响将随着时间的推移逐渐增加。提高钻进速度有利于降低喷水量和喷砂量,是深水钻井中控制浅水流喷发的有效措施之一。钻进速度提高10%,将使累积喷水量降低4%,累积喷砂量降低3%。深部钻进过程中浅层水合物层导热速率很低,典型工况下,钻井液深部循环9天后仅井筒周围1.5m范围内的水合物发生分解。深部钻进和生产过程中水合物持续分解产生气体和水,形成局部超压浅水流和浅层气。钻井和生产过程中应实时监测井筒周围超压状态,以及时采取措施控制潜在风险。深部钻进过程中水合物分解引起的局部超压随着钻井液循环温度和水合物饱和度的升高而增加。钻井液有效循环温度升高100%,将使局部超压升高10%;水合物饱和度增加100%,将使局部超压升高130%。在深部钻进过程中,水合物饱和度对于水合物分解和局部超压演变的影响远大于钻井液循环温度。