应用超临界CO2进行气体循环钻井的技术构想

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1、学兔兔www.xuetutu.com2014焦天然气技术与经济Vo1．8．No．5第8卷；第5期NaturalGasTechnologyandEconomyOct．2014doi：10．3969／j．issn．2095—1132．2014．05．010应用超临界CO2进行气体循环钻井的技术构想朱忠喜康博微帅建军(1．中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室防漏堵漏技术研究室，湖北武汉430100；2．中国海油(中国)有限公司天津分公司，天津300450；3．油气藏地质开发工程国家重点实验室·西南石油大学，

2、四川成都610500；4．中国石油西南油气田公司，四JiI成都610051)摘要超临界CO：流体既有液体的高密度又有气体的低黏度和高扩散系数等特点，采用超临界CO：作为钻井液相对普通钻井液具有很大的优势。采用超临界c0：作为钻井液能够有效提高射流破岩效率，提高钻速，并且能够有效保护油气藏，减少井下事故。气体循环利用钻井技术是利用地面气体回收处理设备将从井口中返出的携岩气体进行分离和精细过滤，然后经过压缩增压循环注入井下，大大降低了钻井成本。介绍了超临界CO：的性质以及超临界CO：在钻井过程中的优势，气体循

3、环利用钻井工艺系统的原理及流程，提出了将超I『占界CO：钻井与循环钻井技术相联合的技术构想。关键词超瞄界CO：气体循环钻井气体钻井文献标识码：B文章编号：2095—1132{2014}05—0034—030引言图2所示。目前，超临界CO钻井室内试验和相关的理论研究是钻井技术人员和科技工作者研究的一个热点，同时闭环式气体循环钻井工艺已在室内和现场进行二●了大量的实验和理论研究。前种技术主要是利用超临界CO的类流体携岩和不伤害储层的优良特性，后种工艺主要是从降低气体循环成本，减少大气污染等优点进行设计。笔者从

4、充分发挥二者的优势进行钻井的角度，将二者结合起来进行探讨。1超临界CO：流体特性在标准状况下，CO为无色无味的气体，水溶液呈弱酸性，CO气体不能燃烧，但却易于液化。超临界CO：(简称SC—CO)是指处于临界温度和临界压力之上的CO：流体。CO的临界温度和临界压力很低，临界温度为31．04℃，临界压力为7．38MPa[1]，(图1)。其气液界面张力接近于零，扩散系数、黏度接近于气体，其密度与液体接近，流动行为和气体相似，并且具有很强的溶解能力]，其相态示意图如修订回稿日期：2014—09—05基金项目：国家

5、自然科学基金项目(51202024)和中国石油科技创新基金项目(2013D一5006—0307)资助。作者简介：朱忠喜(1978一)，副教授，从事油气井压力控制和井漏检测方面的研究及教学工作。E-mail：zhuzhongxi@126．coin34／NaturalGasTechnologyandEconomy学兔兔www.xuetutu.com总第47期天然气技术与经济·钻井工程35零，因此它可以进人任何大于超临界CO：分子的空30间。由于其黏度较低，在井筒中很容易达到紊流状25态，有助于携岩。虽202超

6、临界CO：钻井的优势赚昶15镊2．1超临界CO：射流破岩技术10多年来的常规喷射钻井实践表明，射流不但有清洗井底的作用，而且还有直接或辅助破碎岩石的作用。由于超临界CO：的低黏度、易扩散等特性，其破碎岩石过程中“水楔”作用尤为明显，如图3所图4超临界CO射流与水射流破岩效率对比图示。由于受到机械破岩作用，岩石会形成微裂纹和微裂缝，当这些微裂纹、微裂缝受到超临界CO冲击2-3利用超临界CO：进行气体钻井时，它可以迅速进入裂隙深部，使裂隙深部流体与采用CO：进行气体钻井时，将CO：通过连续油管高压射流流体连通

7、为统一的压力体，形成应力集中高压注入，注入压力达到7．4MPa，CO进入连续管区，降低破岩门限压力，提高破岩效率。后压力、温度继续升高，从而达到超临界状态。由于超临界CO：的密度接近于液体，它的高密度能够很好地为井下钻具提供合适的扭矩。当超临界CO：钻井液经过钻头喷嘴喷出后，其温度压力迅速下降，超临界CO的相态逐步向气相转化，最终在环空中以气体上返，在井底形成欠平衡状态，从而提高了钻井@速度。同时，由于超临界CO：的密度对温度变化很敏感，所以可以通过调节井口压力来达到控制井底压a·水射流破岩b·超临界cO

8、：射流破岩力的目的。图3水射流与超临界CO破碎页岩对比图2．4防止井下着火当试验条件为1O～50MPa，温度为70'12，喷嘴直径为2．3mm，喷距为4．6mm，相比于水射流，超空气钻井作业时，若地层水进入井眼，使钻屑临界CO：射流具有明显优势，在30MPa下，超临界形成泥环，井内流体受阻，井下压力迅速上升，泥CO：提高射流破岩能力幅度较大，相当于水射流破岩环以下的气体温度升高，引起井下着火。常常会熔能力的3倍(图4)，大大降