超临界二氧化碳水平井携岩机理研究

Supercritical carbon dioxide gains the property of low viscosity close to gas, high diffusivity and high density close to liquid, and it’s harmless to reservoir, so it gets great advantage in the drilling and development of unconventional reservoirs. Horizontal well is one of the important ways of supercritical carbon dioxide used for unconventional reservoir, cuttings carrying and controlling by supercritical carbon dioxide in horizontal well is the basis of practical technology developing. The objective of this project is to study the change rule of cutting particle size and relative mechanical parameters under the action of mechanical and chemical coupling during the supercritical carbon dioxide cutting-carrying flow in the wellbore, and then introduce the condition of multi-media, multiphase and multimedium, analyze the mechanism of cuttings starting and migration in super critical carbon dioxide, focus on the impact on cutting-carrying efficiency while the medium in the wellbore like carbon dioxide in the phase changing area, and build cuttings bed evolutionary model, find out supercritical carbon dioxide cutting-carrying controlling method. The results of this project provide a theoretical basis of supercritical carbon dioxide drilling and completion technology and unconventional reservoir exploitation technology development.

超临界二氧化碳因兼具气体的低黏度、易扩散和液体的高密度特性，且对储层无伤害，在非常规油气藏的钻井开发方面优势巨大。水平井是超临界二氧化碳是用于非常规油气开发的一种重要方式，水平井超临界二氧化碳高效携岩与调控方法是实际技术发展的基础。本课题拟探索井筒内，超临界二氧化碳裹挟岩屑运移过程中，力学和化学耦合作用致使岩屑粒径和相关力学参数的变化规律，进而引入多场（温度场、压力场、速度场）、多相（气、液、超临界）、多介质（二氧化碳、地层水等）条件，分析超临界二氧化碳启动或裹挟岩屑运移的机制，重点研究井筒内二氧化碳等介质的相态变化对岩屑运移效率的影响，建立岩屑床的演化模型，形成超临界二氧化碳携岩的调控方法。研究结果为超临界二氧化碳钻完井及相关非常规油气开发技术的发展提供理论依据。

超临界二氧化碳因兼具气体的低黏度、易扩散和液体的高密度特性，且对储层无伤害，在非常规油气藏的钻井及开发方面优势巨大。超临界二氧化碳水平井 段携岩机理是超临界二氧化碳钻井技术的基础问题，该问题的有效解答对于促进超临界二氧化碳钻井基础理论的发展和实际技术的发展具有重要的意义。.首先，研究了超临界二氧化碳携岩过程中岩屑粒径变化规律，研究结果表明，超临界二氧化碳携岩过程中岩屑基本不发生冲击破碎，当岩屑处于二氧化碳与水共存的环境中时，岩屑会发生分散，粒径变小。.其次综合考虑二氧化碳物性参数随温压的变化，建立了超临界二氧化碳井筒流动模型，并经了数值求解，结果表明，随着井深的增加，钻杆及环空内二氧化碳流体温度、压力均增加，在钻头处由于节流效应的影响，温度和压力会发生较大降低，随着水平段的延伸，井底处二氧化碳流体温度、压力均呈增大趋势。同时随着井深的增加，二氧化碳的密度、黏度、热导率、比热容等参数会随温度、压力的变化发生较大的改变；.基于井筒内岩屑颗粒运移时的受力分析，建立了岩屑颗粒在二氧化碳中的沉降模型和启动模型，分析结果显示，岩屑颗粒在二氧化碳中的沉降末速随二氧化碳温度的增加而增大，随压力的增加而减小。在井斜角处于50°-70°之间时，岩屑启动困难。基于相似原理，研制了超临界二氧化碳井筒流动及携岩模拟实验装置，对岩屑颗粒在二氧化碳中的沉降末速和携岩规律进行了实验研究。实验研究结果与理论分析结果具有较好的一致性。.基于上述实验发现，对超临界二氧化碳携岩规律进行了模拟研究，结果表明随着温度的增加，其携岩效果变差，随着压力及环空流体返速的升高，其携岩效果变好。随着钻杆偏心度的增加，超临界二氧化碳呈现先变差，再逐渐变好的规律，当钻杆偏心度为0.8携岩效果最差。井斜角处于54°-72°之间时，超临界二氧化碳携岩最困难。