超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)分析

郝以軍(大慶鉆探集團(tuán)鉆井三公司15153鉆井隊(duì) 黑龍江大慶 163000)

油氣資源的安全高效開發(fā)，對于解決現(xiàn)階段我國能源問題具有積極的作用。目前在油氣資源鉆采過程中，還存在著鉆井速度慢，對儲(chǔ)層的傷害大，儲(chǔ)層的產(chǎn)能低等問題。超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)可以高效的進(jìn)行油氣資源的開采，超臨界二氧化碳的密度相對較大，可以實(shí)現(xiàn)井口到井下動(dòng)力的傳遞。而且超臨界二氧化碳從井底鉆頭噴出后，噴嘴的壓降要比常規(guī)鉆井的噴嘴壓降大很多，鉆頭壓降的增大，一方面可以提高射流的破巖壓力，射流壓力越高，射流輔助鉆頭機(jī)械破巖的效果越明顯。另一方面鉆頭壓降大，說明超臨界二氧化碳噴出后的壓力較小，這樣就可以在井底鉆頭處形成負(fù)壓，形成井筒的欠平衡狀態(tài)，可以保證鉆頭產(chǎn)生的巖屑及時(shí)的流向井筒，順利的從井底返到井口。

一、超臨界二氧化碳技術(shù)鉆井分析

超臨界二氧化碳是指二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，此時(shí)二氧化碳是流體狀態(tài)，既有氣體的性質(zhì)，同時(shí)也有液體的性質(zhì)。超臨界狀態(tài)的二氧化碳具有良好的擴(kuò)散性，粘度也較小，溶解性能好，可以實(shí)現(xiàn)良好的流動(dòng)、傳導(dǎo)等功能。超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)主要是將常規(guī)的鉆井泥漿用超臨界二氧化碳流體替代。具體鉆井過程為，在井口利用特殊的高壓泵，高壓泵的泵送液體為二氧化碳，二氧化碳的輸送管線不是常規(guī)鉆桿，而是連續(xù)油管。液態(tài)的二氧化碳在連續(xù)油管內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)的過程中，隨著溫度和壓力的不斷升高，當(dāng)溫度壓力等參數(shù)達(dá)到形成超臨界流體的條件后，流體開始變?yōu)槌R界二氧化碳流體。超臨界二氧化碳流體達(dá)到井下鉆頭，從鉆頭噴嘴噴出后，以較高的速度，沖擊巖石，降低了巖石的破碎強(qiáng)度，有效的輔助了鉆頭機(jī)械破巖，鉆井速度得到顯著提高。從噴嘴噴出后的超臨界二氧化碳，流體的壓力迅速降低，密度迅速減小。在井下鉆頭出可以形成負(fù)壓區(qū)域，負(fù)壓區(qū)域的產(chǎn)生有效的減小了壓持效應(yīng)，更利于鉆頭巖屑返出，這也是超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)鉆速高的重要原因。通過在井口安裝調(diào)壓閥門，可以有效的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力，調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間短，精度高。超臨界二氧化碳從鉆頭噴嘴噴出后，經(jīng)過鉆井井筒環(huán)空達(dá)到地面，返回的液體中含有巖屑、水、地層流體等，在超臨界二氧化碳回收之前，需要利用除砂、除水等裝置，將混合物中巖屑、水等雜質(zhì)除去，凈化完畢后，二氧化碳被回收，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的重復(fù)循環(huán)利用。

二、超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)的優(yōu)勢和問題分析

由于超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)采用的超臨界流體的特殊性質(zhì)，和常規(guī)泥漿鉆井相比具有許多優(yōu)勢。首先超臨界二氧化碳射流的破巖效率較高，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用超臨界二氧化碳射流沖擊破碎巖石，要比常規(guī)水射流的巖石破碎速度高兩倍左右。沖擊破巖需要的能量和破碎巖石體積的比，既破巖的比能，超臨界二氧化碳射流的比能約為常規(guī)泥漿鉆井比能的百分之二十，在同等條件，破碎巖石的深度要深很多。利用超臨界二氧化碳輔助鉆井的試驗(yàn)時(shí)，井深四千米多，井底的壓力不到五個(gè)兆帕條件下，成功的進(jìn)行了低壓氣井的側(cè)鉆。該側(cè)鉆試驗(yàn)的成功，為超臨界二氧化碳進(jìn)行欠平衡鉆井的可能性進(jìn)了驗(yàn)證。在常規(guī)鉆井過程中，由于鉆井泥漿中存在的固相顆粒和其他液相，會(huì)對油藏儲(chǔ)層造成一定的危害，而且這種危害是不可逆的。而超臨界二氧化碳流體為單一流體，不存在其他固相和液相雜質(zhì)，因此不會(huì)對油藏儲(chǔ)層產(chǎn)生危害，如果超臨界二氧化碳流體進(jìn)入到油藏儲(chǔ)層中，還能夠提高儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度，增強(qiáng)地層原油的流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)油藏的高效開發(fā)。超臨界二氧化碳流體的密度，具有很大的條件調(diào)節(jié)范圍，通過調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳流體的密度，能夠保證流體為井下鉆具提供足夠的動(dòng)力，還能夠保證鉆井處于欠平衡狀態(tài)。在井口調(diào)節(jié)回壓閥門的大小，實(shí)現(xiàn)快速的鉆井平衡狀態(tài)的調(diào)節(jié)，可以更好的應(yīng)對鉆井過程中存在的噴、卡、漏等問題。

超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)具有以上巨大的優(yōu)勢外，還存在一些問題，例如鉆具腐蝕的問題。由于二氧化碳具有腐蝕性，當(dāng)二氧化碳和水接觸后，腐蝕性會(huì)大大增強(qiáng)，遇水后的二氧化碳會(huì)對鉆具產(chǎn)生較大的腐蝕性。腐蝕和疲勞破壞是鉆具損壞的主要原因，利用超臨界二氧化碳作為鉆井流體鉆進(jìn)時(shí)，會(huì)對鉆具產(chǎn)生一定的腐蝕，因此在超臨界二氧化碳鉆井過程中，需要定期的進(jìn)行鉆具的性能質(zhì)量檢測。二氧化碳是溫室氣體，而且如果空氣中的二氧化碳的含量過大時(shí)，容易對人員的生命安全構(gòu)成威脅。超臨界二氧化碳鉆井過程中，要用到大量的二氧化碳，一旦泄露就容易造成重大的安全事故。超臨界二氧化碳鉆井過程中，井筒壓力檢測和控制難度大、較為復(fù)雜。超臨界二氧化碳流體的性質(zhì)和狀態(tài)，受到溫度壓力等外界條件的影響較大，鉆井過程中超臨界二氧化碳流體所處的溫度和壓力都是變化的，這些外界條件的變化，會(huì)導(dǎo)致超臨界二氧化碳流體相態(tài)的轉(zhuǎn)化，相態(tài)的轉(zhuǎn)化又會(huì)影響到井筒中的壓力溫度等參數(shù)，因此井筒的壓力檢測控制難度較大。如果出現(xiàn)氣侵或者水侵等現(xiàn)象，會(huì)將超臨界二氧化碳鉆井井筒中的狀態(tài)變得更復(fù)雜，給鉆井現(xiàn)場的井筒壓力控制帶來巨大的挑戰(zhàn)。

結(jié)束語

超臨界二氧化碳流體鉆井技術(shù)作為一種新型鉆井技術(shù)，可以有效的提高鉆速和保護(hù)儲(chǔ)層。超臨界二氧化碳具有良好的擴(kuò)散性，粘度也較小，溶解性能好。超臨界二氧化碳流體從鉆頭噴嘴噴出后，以較高的速度沖擊巖石，有效的輔助了鉆頭機(jī)械破巖。噴出后的超臨界二氧化可以形成負(fù)壓區(qū)域，負(fù)壓區(qū)域的產(chǎn)生有效的減小了壓持效應(yīng)，利用超臨界二氧化碳射流破巖，要比常規(guī)水射流的巖石破碎速度高兩倍左右。超臨界二氧化碳流體為單一流體，不會(huì)對油藏儲(chǔ)層產(chǎn)生危害。超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)還存在一些問題，例如鉆具腐蝕、二氧化碳泄露、井筒壓力檢測和控制難度大等問題。

[1]王在明．超臨界二氧化碳鉆井液特性研究[D]．山東東營:中國石油大學(xué)(華東)，2008．

[2]沈忠厚，王海柱，李根生．超臨界二氧化碳連續(xù)油管鉆井可行性分析[J]．石油勘探與開發(fā)，2010.