超临界二氧化碳钻井技术调研教学文案.ppt

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1、超临界二氧化碳钻井技术调研二〇一二年十二月胥豪张晓明钻井工艺研究院内容提纲1、发展历程2、超临界二氧化碳钻井技术原理3、超临界二氧化碳钻井技术优势4、超临界二氧化碳钻井关键技术5、超临界二氧化碳钻井存在的问题钻井工艺研究院一、发展历程过去欠平衡钻井是使用氮作为钻井液，但是纯氮的密度低，不能产生足够的扭矩驱动井下马达和钻头，氮与水的混合物（稳定泡沫）能使马达产生足够的扭矩，但是难以维持欠平衡条件。为了克服这一问题，20世纪末国外对深井欠平衡钻井作业中使用超临界二氧化碳的可行性进行了研究。路易斯安娜州立大学对深井欠平衡钻井作业中

2、使用超临界二氧化碳的可行性进行了分析，开发了一种计算CO2在一定压力、温度和深度下以及在油田管材和环空中密度和粘度的变化软件，还开发了一种计算CO2在环空中摩擦压力降、喷射冲击力和携屑比等参数的软件。钻井工艺研究院内容提纲1、发展历程2、超临界二氧化碳钻井技术原理3、超临界二氧化碳钻井技术优势4、超临界二氧化碳钻井关键技术5、超临界二氧化碳钻井存在的问题CO2在温度高于31.1℃和压力高于7.38MPa的情况下为超临界流体（当一种物质超过其本身的临界温度和临界压力时，就认为这种物资就是超临界流体）。钻井使用了连续管和CO2。

3、通过连续管以高压方式注CO2，注入压力达7.40MPa，高于CO2的临界压力。当CO2进入连续管后温度和压力继续上升达到了超临界压力，CO2则可以驱动马达和钻头。从而进行侧钻和定向作业。二、超临界二氧化碳钻井技术原理基本原理独特物理特性临界点：温度31.1℃，压力7.38MPa表面张力为零黏度接近于气体、扩散系数大于液体密度接近于液体。CO2在临界状态下压缩，不会出现液相，仅导致密度的增加二、超临界二氧化碳钻井技术原理钻井工艺研究院SC二、超临界二氧化碳钻井技术原理欠平衡钻井流体密度范围CO2气体的密度可调范围最大，几乎涵盖

4、了所有钻井液密度调控范围，这也说明CO2气体对井底的压力调控能力较大，适应性更为广泛。从超临界CO2与空气、N2密度等温曲线对比可知：在临界温度以下，CO2密度突然增大，是不连续的变化；而在临界温度以上（320K-400K）密度曲线没有出现跳跃点，是连续变化并且变化范围较大。空气和N2密度变化均不大。二、超临界二氧化碳钻井技术原理钻井工艺研究院CO2、空气、N2（密度-压力）等温图从超临界CO2与N2、空气黏度等温曲线看出：N2、空气的黏度曲线走势基本一样，对温度和压力的变化也不敏感。而CO2气体，随着压力的升高，无论是液态

5、还是超临界态，其黏度变化均非常明显。二、超临界二氧化碳钻井技术原理钻井工艺研究院CO2、空气、N2（粘度-压力）等温图欠平衡钻井连续油管侧钻及超短半径水平井钻井连续油管钻超短半径辐射水平井二、超临界二氧化碳钻井技术原理钻井工艺研究院超临界二氧化碳钻井技术应用范围1、冷却效应，可扩大抗温能力不强的钻头的应用范围；2、抑制粘土膨胀，有利于井壁稳定；3、密度可调范围大。1、降低喷射压力，减小水力能量；2、选用小尺寸连续油管，3、扩大转向半径选择范围；4、因刚性连续油管取代高压软管，可以解决方向控制问题。通过使用超临界CO2由主井筒

6、向四面八方钻辅助井眼形成辐射井网作为排油通道，将主井眼之间的大片油层连通起来，达到增加油气通道、改善液流方向、提高油气藏动用程度的目的，从而大大提高原油采收率。适合于开发低渗透油层、薄油层、裂缝性油层、注水后的死油区以及岩性圈闭油藏。二、超临界二氧化碳钻井技术原理超临界CO2连续油管钻井示意图CO2存储在高压储罐中，为了保证进入高压泵中的CO2为液态，高压储罐内温度一般控制在-15-10℃，压力控制在4-8MPa，这样既保证了作业安全，又不需要极低的温度。同时储罐外壁也应加保温层。钻井工艺研究院内容提纲1、发展历程2、超临界

7、二氧化碳钻井技术原理3、超临界二氧化碳钻井技术优势4、超临界二氧化碳钻井关键技术5、超临界二氧化碳钻井存在的问题钻井工艺研究院三、超临界二氧化碳钻井技术优势（一）有利于提高钻井速度、缩短钻井周期破岩速度快门限压力低水射流与超临界CO2射流破岩对比在压力低于124MPa时，水力射流不能破岩，而超临界CO2喷射破岩的有效压力却可低至55MPa。不同介质喷射钻井对比实验结果图三、超临界二氧化碳钻井技术优势沟槽小轮廓较清晰破碎体积较小大面积坑道轮廓不清晰破碎体积较大大面积崩落（二）有效保护储集层，提高原油采收率三、超临界二氧化碳钻井

8、技术优势普通水基钻井液中含有大量的固相颗粒，打开储集层时，往往会堵塞储集层孔隙喉道，同时钻井液滤液也会侵入到油气层中，与油气层中的黏土矿物结合，导致黏土膨胀，进一步堵塞地层孔隙喉道，降低储集层渗透率。超临界CO2流体既无固相也不含液相，从根本上避免了上述危害的发生。相反CO2渗透到储集层后