天然气水合物的相平衡性质决定了深水地层钻井与一般油气地层钻井有很大不同,也导致这类地层钻井面临更加复杂的井内问题。首先在钻井时,储层井壁和井底附近地层应力会释放,地层压力会降低；同时,钻头切削岩石、井底钻具与井壁及岩心的摩擦都会产生大量的热能,此外循环泥浆温度控制不当,这些都可能使孔内温度升高。在钻井过程中井壁地层压力和温度的变化将不可避免地导致天然气水合物发生分解。当固态水合物起胶结或骨架支撑作用时,分解本身就会使井壁坍塌。而分解产生的水增加了井壁地层的含水量,使颗粒间的联系减弱,导致井壁不稳;逸出的气体又影响了钻井液的比重和流变性,对井壁稳定愈发不利,甚至还可能引发井涌和井喷等钻井事故。其次,钻井是一个非绝热过程,钻井液与地层间的热交换和水合物分解时吸热会导致循环钻井液和井内的温度发生变化,使钻井液的关键参数发生变化,如粘度、密度和化学稳定性等,井内的应力和孔隙水压力也会发生改变。最后,水合物分解释放的气体进入井内,与钻井液一起上返到地表。在此过程中,如果温度和压力条件适当,在钻杆或阀门,特别是防喷器等部位还会生成水合物栓塞。而且,含水合物地层一般为未固结或半固结砂岩或泥质砂岩,这使井内稳定的问题更加严峻。井壁的不稳定会导致井壁坍塌、卡钻、压裂、钻井液漏失或井控失败。
在某些极端的情况下,还会造成钻井报废,甚至人员伤亡和钻井设备损坏。因此,保证井眼温度和流动安全是水合物地层钻井的关键。
针对海洋天然气水合物钻井方面所面临的难题,在制定适合天然气水合物钻井的钻井工艺,设计满足要求的钻井液工艺方案是解决问题的关键。在海洋含天然气水合物地层中钻进时,一方面要考虑钻井液性能和温度,保证其能在抑制天然气水合物分解的前提下进行钻进,另一方面还必须考虑在井内地层环境温度较低情况下循环钻井液的选择,该类地层钻进方法主要为分解抑制法,即通过采用适当的钻井液密度,维持井内压力,冷却钻井液以及调整相关钻进参数,将天然气水合物维持在稳定状态的钻进方法。低温钻井液一是抑制井内出露天然气水合物的分解,二是抑制钻井液中天然气水合物的形成。