超臨界二氧化碳鉆井技術分析

郝以軍(大慶鉆探集團鉆井三公司15153鉆井隊 黑龍江大慶 163000)

油氣資源的安全高效開發(fā)，對于解決現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，對儲層的傷害大，儲層的產能低等問題。超臨界二氧化碳鉆井技術可以高效的進行油氣資源的開采，超臨界二氧化碳的密度相對較大，可以實現井口到井下動力的傳遞。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壓，形成井筒的欠平衡狀態(tài)，可以保證鉆頭產生的巖屑及時的流向井筒，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)，此時二氧化碳是流體狀態(tài)，既有氣體的性質，同時也有液體的性質。超臨界狀態(tài)的二氧化碳具有良好的擴散性，粘度也較小，溶解性能好，可以實現良好的流動、傳導等功能。超臨界二氧化碳鉆井技術主要是將常規(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)油管內向下運動的過程中，隨著溫度和壓力的不斷升高，當溫度壓力等參數達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度，有效的輔助了鉆頭機械破巖，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壓區(qū)域，負壓區(qū)域的產生有效的減小了壓持效應，更利于鉆頭巖屑返出，這也是超臨界二氧化碳鉆井技術鉆速高的重要原因。通過在井口安裝調壓閥門，可以有效的調節(jié)系統(tǒng)的壓力，調節(jié)的響應時間短，精度高。超臨界二氧化碳從鉆頭噴嘴噴出后，經過鉆井井筒環(huán)空達到地面，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、水等雜質除去，凈化完畢后，二氧化碳被回收，實現二氧化碳的重復循環(huán)利用。

二、超臨界二氧化碳鉆井技術的優(yōu)勢和問題分析

由于超臨界二氧化碳鉆井技術采用的超臨界流體的特殊性質，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，室內實驗結果表明，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時，井深四千米多，井底的壓力不到五個兆帕條件下，成功的進行了低壓氣井的側鉆。該側鉆試驗的成功，為超臨界二氧化碳進行欠平衡鉆井的可能性進了驗證。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，會對油藏儲層造成一定的危害，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，因此不會對油藏儲層產生危害，如果超臨界二氧化碳流體進入到油藏儲層中，還能夠提高儲層的滲透率和孔隙度，增強地層原油的流動性，實現油藏的高效開發(fā)。超臨界二氧化碳流體的密度，具有很大的條件調節(jié)范圍，通過調節(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力，還能夠保證鉆井處于欠平衡狀態(tài)。在井口調節(jié)回壓閥門的大小，實現快速的鉆井平衡狀態(tài)的調節(jié)，可以更好的應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，當二氧化碳和水接觸后，腐蝕性會大大增強，遇水后的二氧化碳會對鉆具產生較大的腐蝕性。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時，會對鉆具產生一定的腐蝕，因此在超臨界二氧化碳鉆井過程中，需要定期的進行鉆具的性能質量檢測。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，容易對人員的生命安全構成威脅。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、較為復雜。超臨界二氧化碳流體的性質和狀態(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，會導致超臨界二氧化碳流體相態(tài)的轉化，相態(tài)的轉化又會影響到井筒中的壓力溫度等參數，因此井筒的壓力檢測控制難度較大。如果出現氣侵或者水侵等現象，會將超臨界二氧化碳鉆井井筒中的狀態(tài)變得更復雜，給鉆井現場的井筒壓力控制帶來巨大的挑戰(zhàn)。

結束語

超臨界二氧化碳流體鉆井技術作為一種新型鉆井技術，可以有效的提高鉆速和保護儲層。超臨界二氧化碳具有良好的擴散性，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械破巖。噴出后的超臨界二氧化可以形成負壓區(qū)域，負壓區(qū)域的產生有效的減小了壓持效應，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，不會對油藏儲層產生危害。超臨界二氧化碳鉆井技術還存在一些問題，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(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.