摘要：深水钻井过程中,重达数百吨的水下井口在固井之前主要依靠周围海底土提供承载力,如果钻遇天然气水合物层,随着水合物的不断分解,地层的稳定性和承载力大幅下降,可能导致水下井口和表层导管失稳下沉,造成井眼报废等重大安全风险。分析了钻遇不同埋深和分布位置的水合物层对井口稳定性的影响,并开展了物理模拟试验,分析了不同饱和度和静置等候时间对承载力的影响规律。结果表明:水合物的埋深较浅,喷射下入过程中穿过水合物层后,地层的承载力最低,水下井口失稳的风险最高。水合物分解后地层极限承载力下降幅度最大可达35%。喷射后的静置等候时间对于水合物分解后的地层承载力的恢复影响很大,地层承载力在初期的1~12 h内增长明显,随后逐渐放缓,近似呈对数形式上升,建立了静置等候时间同承载力折减系数拟合模型;基于研究结果南海含水合物地层某井进行了表层导管下入深度设计和井口优选,在含水合物层钻井过程中可以适当增加表层导管入泥深度,增加静置等候时间,或使用吸力桩井口提高承载力,防止井口下沉,为深水含水合物地层钻井设计及井口安全评估提供了理论基础。

摘要：极地冷海区块巨厚冻土层下聚集的浅层天然气水合物地层在钻井过程中易分解,聚集喷发造成灾难性事故。为对钻井过程中冷海浅层存在的天然气水合物地层进行预测和识别,基于搭建的低温天然气水合物声学特性实验系统和人工水合物试样,研究了天然气水合物地层声波速度在不同参数条件下的变化规律,建立了浅层天然气水合物地层的声学特征响应模型,并对冷海浅层天然气水合物钻井风险进行评估。研究结果表明,浅层天然气水合物的声波速度与地层饱和度呈正相关,与地层孔隙度呈负相关,钻遇浅层天然气水合物地层风险分为红、橙、黄、蓝四个等级,其中红色风险等级最高,设计上应考虑重新制定井位,避免钻遇天然气水合物区域;通过开展针对冷海浅层天然气水合物地层风险评估,可以有效提高天然气水合物地层的识别精度,避免钻遇复杂地质灾害,能有效指导极地冷海安全高效勘探。