聚乙烯吡咯烷酮对钻井液水合物抑制性能的影响/
随着全球油气钻探由海洋浅水区向深水区发展，深水油气钻探中水合物的防治研究也得到了日益重视。聚乙烯吡咯烷酮作为一种非常成熟的水合物动力学抑制剂被广泛应用于油气生产运输中。
浅水油气田钻井液添加聚乙烯吡咯烷酮的实验结果
- 向应用于某浅水油气田的钻井液中添0.5wt%，1.0wt%和2.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮，首先对其低温常规性能进行试验评价,结果表明，0.5wt%和1.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮的加入对钻井液的流变性能不会产生明显影响,研究了0.5wt%和1.0wt%聚乙烯吡咯烷酮加入后对钻井液中水合物形成的影响。
- 研究结果表明：当温度为4℃、进气压力在6MPa--10MPa时，进气后500min内聚乙烯吡咯烷酮对钻井液中的水合物形成具有一定的抑制作用，浓度越高抑制效果越明显，但聚乙烯吡咯烷酮的加入不能完全抑制水合物的生成。
- 随着全球经济发展对能源需求的增长及海洋油气勘探开发的纵深发展，油气勘探作业逐渐由滨海向海洋深水处转移，深水已成为国际油气勘探开发的重点区域。
- 在深水区进行油气勘探时，海底较高的静水压力和较低的环境温度增加了生成天然气水合物的可能性。天然气水合物是由天然气和水在低温及高压下形成的似冰状的白色固体物资，属于笼形化合物的一种。
具有水合物抑制性能的钻井液影响钻井作业的进度
- 在钻井过程中一旦形成水合物，将会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器等；而钻井液中形成的水合物分解会导致气侵、井喷及井壁失稳等安全事故，给正常钻进和井控工作带来严重影响。
- 墨西哥湾水深945m和在美国西海岸水深为350m所钻的两口井在海底防喷器形成水合物。这两例都表明水合物的形成严重阻碍了钻井作业的顺利进行，增加了钻井时间。
- 因此在深水钻井过程中，一般采用具有水合物抑制性能的钻井液并实施严格的井控措施。
- 目前在实际深水油气生产中为有效的抑制水合物，常用的方法是向钻井液中加入足量的热力学抑制剂，如甲醇、乙醇、乙二醇或盐类，但热力学抑制剂使用量一般较大，相应的储运，注入成本较高。
- 并且热力学抑制剂在使用过程中损失较大，容易带来环境污染。动力学抑制剂抑制水合物的形成是20世纪90年代开发出来的一种新方法，相对于热力学抑制剂，动力学抑制剂具有抑制效果好、用量少、经济成本低等优点。
聚乙烯吡咯烷酮是最有代表性的水合物动力学抑制剂
- 目前应用于我国深水油气钻探所使用的钻井液均由国外油气服务公司供给，有关适用于深水油气钻探的钻井液公开配方较少。
- 聚乙烯吡咯烷酮作为最有代表性的水合物动力学抑制剂，吡咯烷酮环通过与氨基的氨键，以及环与水合物表面间的范德华力交互作用与水合物表面结合，从而抑制水合物的生长，现已被广泛研究和使用。
- PVP作为一种常用的水合物动力学抑制剂，其抑制性能和分子量和浓度相关，在相同条件下，分子量越大，其抑制效果越好；
- PVP在一定浓度范围内对水合物具有明显的抑制作用，当达到一定浓度后，继续增加其浓度对水合物的抑制效果不会明显增强。
- 选用分子量较大的PVPK90,在浓度分别为0.5wt%，1wt%，2wt%。PVP作为一种合成水溶液的高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，具有很强的成膜性、粘结性、吸湿性、增溶和凝聚作用。
PVPK90对钻井液水合物抑制性能的表现
- 研究表明，天然气水合物一般赋存于低温、高压地层中，结合南北部陆坡水深与地温的关系，当水深为1000m时，海底温度约4℃；水深为600m时，海底温度约为6℃。因此，在实验中取井内钻井液实际温度的下限进行研究。
- 在研究PVPK90对钻井液水合物抑制性能时，实验前先将反应釜用蒸馏水洗净并吹干，将385ml的钻井液或蒸馏水加入反应釜中，使其液位刚好位于反应釜视窗中部，密封反应釜，开启水浴和搅拌，使反应釜内液体达到设定值。然后抽真空，进气至指定压力。实验过程中数据采集系统将记录反应过程中温度和浓度的变化。
- 实验表明，在相同温度的条件下，向该钻井液中分别加入0.5wt%，1wt%，2wt%的PVPK90,钻井液密度无明显变化，塑性粘度和动切力随PVPK90含量的增加而增加。而在钻井过程中，塑性粘度和动切力应维持在合理范围内，一般应维持较低的钻井液塑性粘度，塑性粘度增加不利于旋流分离器和振动器的固相分离；较高的动切力容易触发井涌、井喷和井漏等复杂问题。
- 当向该钻井液中加入2.0wt%的PVPK90对钻井液的塑性粘度和动切力影响很大。PVPK90的加入能够抑制钻井液中水合物的形成，在相同的压力条件下，PVPK90浓度越高，形成水合物消耗的气体量越少，气体转化率越低，其抑制效果越明显，但不能完全抑制水合物的形成。由此可见，向该钻井液中加入PVPK90对水合物的形成具有一定的抑制作用，但单独加入PVPK90不能完全抑制水合物的生成。
- 由此可见：向钻井液中加入水合物抑制剂PVPK90,PVPK90的加入对钻井液的流变性能会产生一定的影响，可能会导致流变性能变化太大而不适应钻井需求。因此，在向钻井液中加入水合物抑制剂时，必须要要考虑所加入的抑制剂对钻井液的基本性能的影响，保证抑制剂加入后钻井液的基本性能满足钻井需求。
- PVPK90的浓度分别为0.5wt%、1wt%范围内，钻井液中PVP浓度越高，其抑制效果越明显。在该钻井液中，PVPK90对水合物的生成具有一定的抑制作用，但单纯的加入PVPK90不能完全抑制钻井液中水合物的形成。因此向该钻井液中单纯的加入PVPK90不能满足深水钻井需求。
