钻井液微观结构对水合物形成和分解传热传质特性的影响研究

油气勘探和海底油气输送中水合物形成和分解研究是当前水合物领域的一个热点。对于水合物勘探开发，钻井过程中水合物的形成和分解会引起钻井液性能改变、环空堵塞以及井壁失稳坍塌等复杂情况的出现，从而影响钻井的顺利进行。在此过程中，钻井液各组分相互作用形成的微观结构起到非常关键的作用。.本项目在前期钻井液研究基础上，采用理论分析和实验测试的方法，对钻井液中四氢呋喃水合物和甲烷水合物形成和分解过程的热流变化特征以及该过程中钻井液微观结构（网络骨架和流动填充）的变化特征进行研究，建立水合物形成和分解特性与钻井液微观结构及其宏观性质之间的关联，掌握钻井液微观结构对水合物形成和分解传热传质的影响规律，为钻井液中水合物形成和分解动力学模型的完善奠定理论和实验基础。上述研究为将来水合物勘探开发的钻井液设计提供重要的理论基础和技术支撑，从而确保钻井过程井壁稳定和井内安全，对水合物勘探开发的顺利实施起到重要作用。

对于常规油气与非常规水合物的勘探开发，钻进过程中水合物的相变由于与许多潜在的井下问题（如钻井液密度变化，环空堵塞，井壁坍塌等）密切相关，而受到众多的关注。由于进入钻井环空的钻屑与其周围的钻井液发生传热作用，钻屑中所含的水合物颗粒在此传热作用下吸收周围钻井液传来的热量，当这吸收的热量积累到一定程度就会引起其分解。对于由水、盐、聚合物、水合物抑制剂等多组分组成的具有空间网格微观结构的水基钻井液，这些多组分的存在使得直接测试钻井液中水合物的分解动力学存在很大的挑战，而且上述传热过程与钻屑中水合物分解所产生的水与气体向外的传质过程也都受这些微观结构影响。结合冷冻干燥、扫描电镜、六速粘度计以及红外光谱技术测试分析不同剪切作用下多种钻井液体系微观结构变化、宏观流变性与不同状态水的含量变化，探讨了钻井液微观结构变化对水合物分解的影响机理。其中，不同剪切作用下水基钻井液中这些微观结构的空间分布与运动状态和不同状态水的含量变化对于钻井液微观结构、钻屑以及其中的水合物之间的传热传质过程起到了重要的影响。这为后续钻屑中水合物在钻井液中分解动力学的分析、创新型动力学水合物抑制剂研发的促进、水合物赋存区域钻井作业水平的提高以及相应钻井安全风险的评价提供了一定的前期研究基础。