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摘要：海洋天然气水合物作为一种非常规天然气资源受到全世界国家的高度重视，诸多专家认为，海洋天然气水合物是一种理想的清洁能源，未来将被广泛应用于生产实际之中。现阶段对海洋天然气水合物的有关研究发现，钻井是一种主要的手段。本文将主要分析海洋天然气水合物地层钻井安全问题。
关键词：海洋天然气水合物；地层钻井；安全问题
调查研究显示，天然气水合物多存在在多孔沉积地层之中。有关天然气水合物的研究领域多涉及在以下几个方面：其一，能源开采；其二，流动保障；其三，气体存储；其四，气体输送；其五，气候变化等。目前来看，海洋天然气水合物是一种潜在的新能源，在开采过程中面临一定困难，海洋天然气水合物钻探和开采过程中会影响海底地层中的天然气水合物稳定性，继而改变周围天然气水合物的物理力学性质，可能引起附近海底以及地下层的生态环境发生变化，甚至有可能诱发海底滑坡。目前已有调查资料显示，存在天然气水合物的地区有两百多处，但是分布区域不够均匀，其中95~97%左右的天然气水合物分布在大洋陆缘地区，3~5%左右分布在陆地冻土区[1]。由于海洋天然气水合物具有一定物理特殊性以及贮藏环境的复杂性，所以在钻井过程中相比起常规钻井技术难度更大。钻井时可能会导致海洋天然气水合物的地层压力和地层温度发生变化，继而导致水合物生成，增加钻井风险。如果未及时处理上述风险，将导致一系列安全问题出现（如海洋地质灾害、钻井工程灾害等）。基于此，海洋天然气水合物的地层钻井是一项难度高的工程。
一、海洋天然气水合物地层钻井过程中所面临的问题
有关研究显示，海洋天然气水合物一般存在在水深百米以下的海底，因此对钻井技术提出更高要求。例如，我国在SH2/SH3/SH7钻孔中获得海洋天然气水合物样品，分析显示，海洋天然气水合物的物层厚度为18m~34m.除此之外，对海洋天然气水合物井内的温度控制和压力控制具有重要意义。如果钻井导致海洋天然气水合物地层温度压力变化过大，会使得海洋天然气水合物被大量分解，从而引发安全问题出现，见下图。
图1：天然气水合物分解可能引发的钻井风险示意图
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海洋天然气水合物地层钻井时需严格控制各项参数，归根结底海洋天然气水合物的地层钻井安全问题表现为：海洋天然气水合物的分解、形成。
二、海洋天然气水合物的分解导致钻井问题发生
2.1井壁失去平衡
钻井之前，海洋天然气水合物的地层处于平衡状态之中，钻井后海洋天然气水合物的底层将被破坏，继而使得井壁底层应力释放。除此之外，当固态水合物起胶结时，海洋天然气水合物的分解会产生水和气体，继而导致井壁地层含水量增加，降低地层颗粒之间的胶结应力，使得井壁失去平衡。
2.2侵入钻井液
海洋天然气水合物在钻井时如果采用平衡感不强的钻井技术将会导致海洋天然气水合物分解，不利于稳定井壁物理学性质。如果钻井液的压力大于地层液体夜里，将会导致其侵入地层，加上受到高温影响，钻井液在侵入海洋天然气水合物地层时会导致海洋天然气水合物分解。海洋天然气水合物分解会导致地层渗透率日益增大，继而加大钻井液的侵入速度，最终增加钻井风险。
2.3井口下陷
在含水海洋天然气水合物区域中实施钻井作业过程中，地层中海洋天然气水合物的分解会导致海底地基陷落。如果井口发生下陷情况，井段套管则会被压扁，套管上端的有关装置会因为失去支撑而发生倾倒，最终失去对井内压力的有效控制，有可能导致安全事故发生。
2.4气体泄漏
海洋天然气水合物产生的甲烷气体如果从钻井中泄漏，上升到海面后会导致海面浮力丧失，最终导致海面漂浮设备塌沉。除此之外，甲烷被释放之后会与海底的金属类设备发生反应，使其受腐蚀，最终无法正常工作。
2.5海底滑坡
有关调查研究显示，海洋天然气水合物的分解会导致海底岩层的稳定性日益下降，诱发海底滑坡发生[2]。在钻井作业过程中，如果未合理操作，将会导致海洋天然气水合物被大量分解，海底底层将失去支撑，记忆发生海底滑坡灾害。海底滑坡灾害的发生不仅仅会导致海底工程设施（如海底电缆以及输油管道等）被破坏，而且会引发海啸。
三、海洋天然气水合物的形成可能诱发钻井安全问题
3.1钻井设备被破坏
海洋天然气水合物分解所产生的气体进入钻井液内之后，如果其温度和压力满足海洋天然气水合物的生成条件，此类气体再次进入到钻柱和井筒之中，导致管路堵塞，最终给钻井工作带来极大不便之处。如果再生成的海洋天然气水合物突然分解，将会引发井喷事故发生。除此之外，大量海洋天然气水合物在海底设备上形成会影响设备的工作效率。
3.2钻井液性质被改变
海洋天然气水合物的形成与分解会对钻井液的性质产生极大影响，海洋天然气水合物分解所产生的水和气体进入到钻井液内会降低泥浆柱的净水压力，从而加速井壁周围的海洋天然气水合物分解，继而产生更多的水和气体，进入到钻井液，由此形成恶性循环。当钻井液时水基钻井液性质时，气体在钻进液中所形成的海洋天然气水合物会消耗其中的水分，改变钻井液的流变性（如黏度和切力广泛提升）。而上述情况的存在会导致钻井液的造壁性能发生改变，导致钻井作业无法顺利进行。
四、海洋天然气水合物地层钻井安全问题有关实验研究
现阶段来看，针对海洋天然气水合物的钻井安全问题有关实验研究比较少，主要是因为海洋天然气水合物的实验研究设备比较少，所以无法有效模拟海洋天然气水合物的钻井过程。由于海洋天然气水合物的稳定条件比较特殊——低温高压，所以对实验研究设备的安全性以及可靠性具有较高要求。目前来看，有关的实验设备无法完整地模拟出海洋天然气水合物的钻井过程，因此无法对前文所述的钻井安全问题（如海洋天然气水合物重新生成、气体泄漏、海底滑坡以及井壁失去平衡等）加以全面研究。部分学者通过简化海洋天然气水合物的钻井过程来加以研究，主要内容集中在以下两个方面：其一，海洋天然气水合物钻井液的性能；其二，对海洋天然气水合物地层物性地扰动等[3]。
4.1海洋天然气水合物钻井液的性能研究
海洋天然气水合物钻井液需要满足以下要求：其一，井控能力可调；其二，符合环保要求；其三，维持合理的钻井液密度；其四，保持良好的井壁稳定性能等。海洋天然气水合物钻井液的性能研究主要包括以下几个方面：（1）密度；（2）抑制海洋天然气水合物的生成能力；（3）黏度等。目前来看，已经发展处多种性能（如聚合物体系、甲酸盐体系等）互为有机结合的海洋天然气水合物钻井液体系。有学者开始逐渐研究一些绿色环保型的钻井液，如从动物胰脏中提取一种糖蛋白来坐位配合海洋天然气水合物的钻井液。实验研究结果显示，上述钻井液具有良好的抑制海洋天然气水合物生成效果。
4.2对海洋天然气水合物地层物性地扰动
现阶段来看，对海洋天然气水合物地层物性地扰动研究过程一般表现为：无钻头钻入研究过程。将钻井处理作为一个静态方法来降低实验的难度，钻井问题的主要研究对象为：其一，井筒附近温度；其二，井筒附近压力；其三，电导率变化等。通过测定上述参数变化可有效确定井壁周围的海洋天然气水合物分解速度和范围，从而客观评估海洋天然气水合物地层钻井的安全性和价值性。
五、结束语
综上所述，海洋天然气水合物地层钻井安全问题主要有：井壁失去平衡、井口下陷、海底滑坡、钻井设备被破坏、钻井液性质被改变等。
参考文献：
[1]宁伏龙，张可霓，吴能友等.钻井液侵入海洋含水合物地层的一维数值模拟研究[J].地球物理学报，2013，56（1）：204-218.
[2]张怀文，程远方，李令东等.含热力学抑制剂钻井液侵入天然气水合物地层扰动模拟[J].科学技术与工程，2018，18（6）：93-98.
[3]黄天佳，李小森，张郁等.海洋天然气水合物地层钻井安全问题研究进展[J].新能源进展，2019，7（6）：513-521.