海洋深水钻井含可燃冰地层物性响应大尺寸高仿真实验

摘要

海洋深水钻遇可燃冰地层时，伴随传质传热的钻井液侵入行为会对近井壁地层的力学稳定产生重要影响，对地层物性的改变同时影响后续测井的质量和精度.因此，以墨西哥湾水合物联合工业计划中的Keathley Canyon井151-3井段水合物储层作为研究对象，首先利用压制胶结法制备了物性参数贴近实际的人造地层骨架，然后通过实验研究了原位储层地质与钻井工艺条件下钻井液侵入过程中近井壁地层的物性响应规律，分析了传质传热行为对地层温度、压力和电阻率的影响，得出了温差和压差的影响机理，建立了侵入深度与时间的函数关系.结果表明，通过正交试验优选的人造储层骨架孔隙度和电阻率与原位地层十分接近，分别相差1.29%和4.0%.压力的影响范围远快于温度和电阻率，而三者的影响范围都与时间呈现极强的数学关系.水合物的分解随着侵入深度的增加相继发生，表现为电阻率的变化，分解产生的游离气水向地层深处运移，易在温压变化范围之间区域重新形成水合物，呈现出高饱和水合物带.在地层破裂压力范围内，正压差对保持水合物相稳定起积极作用，从而有利于近井壁地层的稳定，而温差作用则恰为相反.现场钻井过程中，可通过提高钻井液密度、盐度，降低滤失量和添加抑制剂来减小对地层的影响.12 h的电阻率变化深度约为0.65 m，因此，电阻率测井作业中要获取未扰动水合物储层的电阻率数据，应减少钻测井之间的时间间隔，可采用随钻测井，或可采用探测深度合适的测井方法，如深侧向测井.

关键词

深水钻井 / 可燃冰 / 大尺寸高仿真实验 / 钻井液 / 储层物性相应 / 电阻率测井 / 地质工程

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.41702389); 国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项项目(No.2016YFE0204300); 中国科学院天然气水合物重点实验室(中国科学院广州能源研究所)开放基金项目(No.E129kf1701); 岩土钻掘与防护教育部工程研究中心开放基金重点项目(No.201902)