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随着近年来能源消耗的加剧,陆地与近海油气资源已经不能满足经济可持续发展的需要,因而深水区域能源的开采是解决目前能源现状的方案之一。而钻井是深水区域能源开采的必要措施,其中钻井液作为钻井的循环流体关系到钻井作业的安全、环保及是否快速等问题。水基钻井液以其高效、环保、成本低等优点成为钻井中最常用的钻井液体系,但其在深水钻井中面临着天然气水合物的生成导致管线堵塞、钻井液性能改变及管线内压力失稳等问题。因此本文从具有水合物抑制性的高性能水基钻井液体系出发,研究了聚胺钻井液及胺基聚醇有机硅钻井液中甲烷水合物的生成过程,进而为深水钻井中水基钻井液中水合物生成的预防提供指导。 本文对聚胺水基钻井液体系中甲烷水合物生成的热力学条件及动力学过程进行了研究,热力学条件通过压力搜索法测定,所涉及到的温度及压力范围分别为3,8℃~12.1℃、3.713MPa~8.848MPa。实验结果表明聚胺水基钻井液对甲烷水合物生成没有明显的热力学抑制作用。动力学生成过程的研究通过压力变化法,设定初始温度为4,0℃,分别测定了在8.0MPa、10.0MPa及12.5MPa下该钻井液体系中水合物的生成过程。该聚胺水基钻井液水合物生成的诱导成核随着初始压力的升高而加剧。 在对胺基聚醇有机硅钻井液进行水合物生成的动力学研究中,评价了添加剂膨润土、胺基聚醇、有机硅抑制剂、羧甲基淀粉钠、黄原胶、石墨粉以及钻井液体系对水合物生成的影响。实验结果表明有机硅能促进水合物的生长;而胺基聚醇、羧甲基淀粉钠、石墨粉具有抑制水合物生长的作用;黄原胶、钻井液及其加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP-k90)的体系对水合物生长过程的影响而表现为低温促进高温抑制作用;相对于纯水体系膨润土则表现为高温促进低温抑制的作用效果。 通过对钻井液体系流变参数的测试,评价了添加剂及温度对体系流变性能的影响。测试结果表明膨润土的加入有助于钻井液造浆性能的提高;当钻井液中胺基聚醇与有机硅质量之比为1∶1时,体系的粘度切力以及动塑比都相应增加,流型指数相对减小;羧甲基淀粉钠的加入使钻井液偏离牛顿流体的流动特征;而黄原胶的加入增加钻井液体系表观粘度和动塑比,降低钻井液体系的流性指数,因而有利于提高钻井液携带岩屑的能力;石墨粉对体系流变参数影响不大,可以忽略。对于钻井液体系其流变参数受温度控制,随着温度的降低钻井液的流变性能变差。