超临界二氧化碳钻井技术分析

郝以军(大庆钻探集团钻井三公司15153钻井队 黑龙江大庆 163000)

油气资源的安全高效开发，对于解决现阶段我国能源问题具有积极的作用。目前在油气资源钻采过程中，还存在着钻井速度慢，对储层的伤害大，储层的产能低等问题。超临界二氧化碳钻井技术可以高效的进行油气资源的开采，超临界二氧化碳的密度相对较大，可以实现井口到井下动力的传递。而且超临界二氧化碳从井底钻头喷出后，喷嘴的压降要比常规钻井的喷嘴压降大很多，钻头压降的增大，一方面可以提高射流的破岩压力，射流压力越高，射流辅助钻头机械破岩的效果越明显。另一方面钻头压降大，说明超临界二氧化碳喷出后的压力较小，这样就可以在井底钻头处形成负压，形成井筒的欠平衡状态，可以保证钻头产生的岩屑及时的流向井筒，顺利的从井底返到井口。

一、超临界二氧化碳技术钻井分析

超临界二氧化碳是指二氧化碳处于超临界状态，此时二氧化碳是流体状态，既有气体的性质，同时也有液体的性质。超临界状态的二氧化碳具有良好的扩散性，粘度也较小，溶解性能好，可以实现良好的流动、传导等功能。超临界二氧化碳钻井技术主要是将常规的钻井泥浆用超临界二氧化碳流体替代。具体钻井过程为，在井口利用特殊的高压泵，高压泵的泵送液体为二氧化碳，二氧化碳的输送管线不是常规钻杆，而是连续油管。液态的二氧化碳在连续油管内向下运动的过程中，随着温度和压力的不断升高，当温度压力等参数达到形成超临界流体的条件后，流体开始变为超临界二氧化碳流体。超临界二氧化碳流体达到井下钻头，从钻头喷嘴喷出后，以较高的速度，冲击岩石，降低了岩石的破碎强度，有效的辅助了钻头机械破岩，钻井速度得到显著提高。从喷嘴喷出后的超临界二氧化碳，流体的压力迅速降低，密度迅速减小。在井下钻头出可以形成负压区域，负压区域的产生有效的减小了压持效应，更利于钻头岩屑返出，这也是超临界二氧化碳钻井技术钻速高的重要原因。通过在井口安装调压阀门，可以有效的调节系统的压力，调节的响应时间短，精度高。超临界二氧化碳从钻头喷嘴喷出后，经过钻井井筒环空达到地面，返回的液体中含有岩屑、水、地层流体等，在超临界二氧化碳回收之前，需要利用除砂、除水等装置，将混合物中岩屑、水等杂质除去，净化完毕后，二氧化碳被回收，实现二氧化碳的重复循环利用。

二、超临界二氧化碳钻井技术的优势和问题分析

由于超临界二氧化碳钻井技术采用的超临界流体的特殊性质，和常规泥浆钻井相比具有许多优势。首先超临界二氧化碳射流的破岩效率较高，室内实验结果表明，利用超临界二氧化碳射流冲击破碎岩石，要比常规水射流的岩石破碎速度高两倍左右。冲击破岩需要的能量和破碎岩石体积的比，既破岩的比能，超临界二氧化碳射流的比能约为常规泥浆钻井比能的百分之二十，在同等条件，破碎岩石的深度要深很多。利用超临界二氧化碳辅助钻井的试验时，井深四千米多，井底的压力不到五个兆帕条件下，成功的进行了低压气井的侧钻。该侧钻试验的成功，为超临界二氧化碳进行欠平衡钻井的可能性进了验证。在常规钻井过程中，由于钻井泥浆中存在的固相颗粒和其他液相，会对油藏储层造成一定的危害，而且这种危害是不可逆的。而超临界二氧化碳流体为单一流体，不存在其他固相和液相杂质，因此不会对油藏储层产生危害，如果超临界二氧化碳流体进入到油藏储层中，还能够提高储层的渗透率和孔隙度，增强地层原油的流动性，实现油藏的高效开发。超临界二氧化碳流体的密度，具有很大的条件调节范围，通过调节超临界二氧化碳流体的密度，能够保证流体为井下钻具提供足够的动力，还能够保证钻井处于欠平衡状态。在井口调节回压阀门的大小，实现快速的钻井平衡状态的调节，可以更好的应对钻井过程中存在的喷、卡、漏等问题。

超临界二氧化碳钻井技术具有以上巨大的优势外，还存在一些问题，例如钻具腐蚀的问题。由于二氧化碳具有腐蚀性，当二氧化碳和水接触后，腐蚀性会大大增强，遇水后的二氧化碳会对钻具产生较大的腐蚀性。腐蚀和疲劳破坏是钻具损坏的主要原因，利用超临界二氧化碳作为钻井流体钻进时，会对钻具产生一定的腐蚀，因此在超临界二氧化碳钻井过程中，需要定期的进行钻具的性能质量检测。二氧化碳是温室气体，而且如果空气中的二氧化碳的含量过大时，容易对人员的生命安全构成威胁。超临界二氧化碳钻井过程中，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。超临界二氧化碳钻井过程中，井筒压力检测和控制难度大、较为复杂。超临界二氧化碳流体的性质和状态，受到温度压力等外界条件的影响较大，钻井过程中超临界二氧化碳流体所处的温度和压力都是变化的，这些外界条件的变化，会导致超临界二氧化碳流体相态的转化，相态的转化又会影响到井筒中的压力温度等参数，因此井筒的压力检测控制难度较大。如果出现气侵或者水侵等现象，会将超临界二氧化碳钻井井筒中的状态变得更复杂，给钻井现场的井筒压力控制带来巨大的挑战。

结束语

超临界二氧化碳流体钻井技术作为一种新型钻井技术，可以有效的提高钻速和保护储层。超临界二氧化碳具有良好的扩散性，粘度也较小，溶解性能好。超临界二氧化碳流体从钻头喷嘴喷出后，以较高的速度冲击岩石，有效的辅助了钻头机械破岩。喷出后的超临界二氧化可以形成负压区域，负压区域的产生有效的减小了压持效应，利用超临界二氧化碳射流破岩，要比常规水射流的岩石破碎速度高两倍左右。超临界二氧化碳流体为单一流体，不会对油藏储层产生危害。超临界二氧化碳钻井技术还存在一些问题，例如钻具腐蚀、二氧化碳泄露、井筒压力检测和控制难度大等问题。

[1]王在明．超临界二氧化碳钻井液特性研究[D]．山东东营:中国石油大学(华东)，2008．

[2]沈忠厚，王海柱，李根生．超临界二氧化碳连续油管钻井可行性分析[J]．石油勘探与开发，2010.