超临界二氧化碳 论文

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1、超临界二氧化碳旋转射流目前，我国常规油气资源探明和开发程度已经相当高，对低渗透油藏、致密砂岩气、页岩气、煤层气、重油以及天然气水合物等非常规油气资源的勘探、开发已成为我国能源发展战略的重要方向之一。非常规油气成藏条件复杂，开发过程中储层保护困难，勘探开发难度大，因此，迫切需要形成新的工程技术，有效提高机械钻速、最大限度保护储层，最终提高油气的采收率。研究表明，超临界二氧化碳流体具有接近于液体的高密度和强溶解性，以及接近于气体的低粘度和强扩散性等独特性质，是一种非常有应用前景的非常规油气藏开发流体介质。采用超临界二氧

2、化碳高压射流喷射破岩钻井，不仅对非常规油气储层没有伤害，而且能够获得较高的机械钻速，并实现温室气体的减排利用，技术应用前景广阔。1超临界二氧化碳的性质在标准状况下，二氧化碳为无色无味的气体，其水溶性呈弱酸性。二氧化碳气体不能燃烧但易被液化。二氧化碳的临界点31.1℃、7.38MPa。当温度和压力大于临界点温度和压力时，二氧化碳达到超临界状态。超临界二氧化碳具有许多不同于气体也不同于液体的独特性质：随着温度和压力逐渐升高，二氧化碳从气态变为液态，同时密度也逐渐增加；当温度和压力高于临界点后，呈现为超临界状态（见图1）

3、。其最大密度可达1200kg/m3。随着相态的变化，二氧化碳气体的粘度变化范围也较大，总体介于液态和气态之间。在超临界条件下，其扩散系数为液体的100倍，因而具有很强的溶解能力。除此之外，超临界二氧化碳还具有良好的传热性能，表面张力为0，可以进入到任何大于超临界二氧化碳分子的空间。超临界流体既不同于气体，也不同于液体，具有许多独特的物理化学性质。超临界流体的密度接近于液体，它与温度和压力呈非线性关系，随压力升高而增大，随温度升高而减小，同时其黏度与气体接近，扩散系数也比液体大，因此它的传热和传质能力较强。表1为超临

4、界流体、气体及液体不同性质对比。2超临界二氧化碳在石油工程的应用2.1超临界二氧化碳喷射压裂增产超临界CO2喷射压裂方法具有独特的优势和广阔的发展前景。首先，超临界CO2喷射破岩效率高，破岩门限压力低，因此可以在超临界CO2流体中添加磨料，进行套管开窗喷射压裂，这样不仅降低了系统注入压力要求，而且提高了压裂施工的安全性;其次，超临界CO2流体黏度较低，在储层原有的微裂缝中，高黏压裂液无法进入，而超临界CO2流体却可以随意流动，有助于井筒中压力的传递，降低压裂系统压力，且能使储层产生多而复杂的微裂缝，在储层内形成裂缝

5、网络，提高单井产量和采收率。2.2超临界二氧化碳驱替提高采收率超临界CO2流体在油气驱采时能够取得较好的效果。CO2溶于原油后能够降低原油黏度，改善油、水流度比，同时超临界CO2流体在油气藏中容易流动扩散，能够扩大油藏波及面积。CO2溶于原油后能够使原油体积膨胀，增加原油流动能量，大幅降低油水界面张力，减小残余油饱和度，从而提高原油采收率。2.3超临界二氧化碳射流冲砂洗井和油套管除垢2.3.1超临界CO2射流冲砂洗井超临界CO2射流破岩门限压力较低，同时它又具有较强的溶剂化能力，能以较低的喷射压力破碎并溶解高分子有

6、机物，并轻易地携带出井筒。超临界CO2流体黏度低、表面张力接近于零、扩散系数大，这些特点使得它在洗井过程中很容易进入到微小孔隙及裂缝中，溶解高分子有机物及其他杂质，清洗更彻底。超临界CO2流体密度可调范围较宽，在井筒温度和压力条件下，调节井口回压便可控制井底压力，实现欠平衡、平衡或者过平衡洗井作业。2.3.2超临界CO2射流油套管除垢由于超临界CO2射流破岩门限压力低，破岩速度快，因此它不仅降低了除垢所需泵压，而且除垢速度快、效率高，对油套管本身却不会造成任何伤害。因此用超临界CO2射流进行油套管除垢会取得满意的效

7、果。2.4超临界CO2射流破岩钻井超临界CO2钻井是利用超临界CO2流体作为钻井液的一种新型钻井方式，它利用高压泵将低温液态CO2泵送到钻杆中，液态CO2下行到一定深度后达到超临界态，利用超临界CO2射流辅助破岩达到快速钻井的目的。超临界CO2钻井较常规钻井优势主要有两点:一是喷射破岩门限压力低，破岩速度快;二是对储层无污染。3超临界二氧化碳旋转射流破岩机理3.1试验装置现有SC-CO2钻井技术研究大都停留在可行性研究阶段，基础试验研究不足，因此结合实际钻井流程和SC-CO2流体特点，研制了SC-CO2射流破岩实验

8、系统，如图1所示．依次由液态CO2储罐、增压泵组、加热装置、破岩井筒、固相分离器、液相分离器和制冷装置组成．整个试验是在密闭管路中循环进行，属于淹没射流，环境压力由井筒出口处的背压阀控制，本装置中井筒出口处压力始终设置为6．5MPa，由于在喷嘴处的射流压力无法直接测得，本装置通过控制破岩井筒入口处的流体压力来保证射流压力的恒定，最高可达100MPa．研发的数