塔中高含硫碳酸盐岩储层密闭循环安全钻井技术
作者:刘绘新 查磊 王书琪 康延军 刘会良
评论: 更新日期:2012年03月11日
摘要:塔里木盆地塔中高含硫碳酸盐岩储层钻井主要难点为:储层压力敏感、H2S含量高,导致采用常规欠平衡钻井技术风险很大,而利用密闭循环钻井技术则可以有效降低钻井风险。通过分析国外密闭循环钻井技术的工作原理、系统构成,针对塔中高含硫碳酸盐岩储层的特点,充分考虑国内现有装备水平,提出了使用气液二相分离器加密闭振动筛替代四相分离器的实用化密闭循环系统方案。在此基础上,完成了具有自主知识产权的密闭振动筛的结构设计,进行了高含硫天然气燃烧排放对大气环境的影响实验和氨洗脱硫效果实验,对实用化的密闭循环系统方案进行了充分的论证。研究表明:破解塔中高含硫碳酸盐岩储层面临的钻井难题最合适的技术就是密闭循环钻井技术;实用化的密闭循环系统是密闭循环钻井技术的关键装备。实验结果也证明了实用化的密闭循环系统方案具有很好的针对性和适用性。该成果对于高效勘探开发塔中高含硫碳酸盐岩储层有着重要的意义。
关键词:深井;超深井;碳酸盐岩;储层;高含硫天然气;密闭循环;塔里木盆地
1 问题分析
塔里木盆地塔中碳酸盐岩储层为奥陶系生屑石灰岩段,岩性以石灰岩、颗粒石灰岩为主,钻井过程中的主要难点为:裂缝、孔洞型储层,地层压力敏感,井筒压力难以控制,溢流、漏失往往同时发生,再加上H2S含量高,安全形势十分严峻。在塔中1号坡折带的已钻井,如塔中823井、塔中821井、塔中83井、塔中72井、塔中721井等,下奥陶统缝洞发育,在地震剖面上存在串珠状反射,在钻进过程中都出现过又喷又漏,H2S含量高的情况。为了规避H2S的危害,只能采取过平衡钻进,造成钻井液的大量漏失,不但加大了钻井成本,同时也对储层造成了很大的伤害。如何破解塔中高含硫碳酸盐岩储层面临的钻井难题,需要在技术层面上进行创新。
要根本解决塔中高含硫碳酸盐岩储层钻井的难题,比较合适的技术是欠平衡钻井,但由于H2S含量高,常规欠平衡钻井技术风险很大。据初步调研,国外在高含硫油气田开展欠平衡钻井已有先例,如加拿大在含H2S20%的条件下采用密闭循环钻井技术,取得了很好的效果[1]。
密闭循环钻井技术的关键是采用了密闭循环系统。密闭循环系统的主要功能有:①循环系统全部密闭,防止高含硫气体泄漏;②进行氨洗脱硫处理,将高含硫气体脱硫后燃烧排放。因此,密闭循环系统能保证人员安全和达到环保要求(图1)。
四相分离器是密闭循环系统的核心设备之一。四相分离器的作用是:将井内返出的岩屑、钻井液、原油以及气体进行分离。由于分离过程处于密闭状态,可以避免发生H2S泄漏等意外事故的发生。性能可靠的四相分离器是保证整套密闭循环系统正常工作的关键。由于国内目前还未完全掌握四相分离器制造的关键技术,因而严重制约了密闭循环钻井技术装备的国产化进程。
氨洗脱硫装置也是密闭循环系统的核心设备之一。由于氨洗脱硫装置结构复杂,体积庞大,价格昂贵,使用、维护成本高等原因,也严重制约了密闭循环钻井技术的推广应用。
对于上述问题,需要针对塔中高含硫碳酸盐岩储层的具体情况,采用如下的技术思路加以解决:设计一种密闭振动筛,用于替代四相分离器;进行高含硫气体的氨洗脱硫、燃烧排放实验,为决定是否使用氨洗脱硫装置进行评价。
2 密闭振动筛
根据上述方案,完成了密闭振动筛结构设计。采用的技术方案是:将振动筛置入一个密闭的金属壳体内,壳体置于橇座上,不但能防止H2S外泄,同时也便于吊装和运输;壳体内设置岩屑收集槽和螺旋排屑机构、集液槽和液位检测仪,便于及时排屑、排液;排屑电机和排液钻井液泵、电控箱安装在壳体外,避免在高浓度H2S气体环境下发生燃爆;壳体上部设置通气法兰,便于连接抽气设备排出壳体内高浓度的H2S气体。
密闭振动筛可以在高含硫油气田钻井作业中替代常规振动筛,能有效地防止H2S外泄,确保人员的安全,避免环境污染。其结构如图2所示。