摘要：塔里木盆地塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井主要難點(diǎn)為：儲(chǔ)層壓力敏感、H₂S含量高，導(dǎo)致采用常規(guī)欠平衡鉆井技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)很大，而利用密閉循環(huán)鉆井技術(shù)則可以有效降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)。通過分析國外密閉循環(huán)鉆井技術(shù)的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成，針對(duì)塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層的特點(diǎn)，充分考慮國內(nèi)現(xiàn)有裝備水平，提出了使用氣液二相分離器加密閉振動(dòng)篩替代四相分離器的實(shí)用化密閉循環(huán)系統(tǒng)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的密閉振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了高含硫天然氣燃燒排放對(duì)大氣環(huán)境的影響實(shí)驗(yàn)和氨洗脫硫效果實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)用化的密閉循環(huán)系統(tǒng)方案進(jìn)行了充分的論證。研究表明：破解塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層面臨的鉆井難題最合適的技術(shù)就是密閉循環(huán)鉆井技術(shù)；實(shí)用化的密閉循環(huán)系統(tǒng)是密閉循環(huán)鉆井技術(shù)的關(guān)鍵裝備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了實(shí)用化的密閉循環(huán)系統(tǒng)方案具有很好的針對(duì)性和適用性。該成果對(duì)于高效勘探開發(fā)塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：深井；超深井；碳酸鹽巖；儲(chǔ)層；高含硫天然氣；密閉循環(huán)；塔里木盆地

???塔里木盆地塔中碳酸鹽巖儲(chǔ)層為奧陶系生屑石灰?guī)r段，巖性以石灰?guī)r、顆粒石灰?guī)r為主，鉆井過程中的主要難點(diǎn)為：裂縫、孔洞型儲(chǔ)層，地層壓力敏感，井筒壓力難以控制，溢流、漏失往往同時(shí)發(fā)生，再加上H₂S含量高，安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻。在塔中1號(hào)坡折帶的已鉆井，如塔中823井、塔中821井、塔中83井、塔中72井、塔中721井等，下奧陶統(tǒng)縫洞發(fā)育，在地震剖面上存在串珠狀反射，在鉆進(jìn)過程中都出現(xiàn)過又噴又漏，H₂S含量高的情況。為了規(guī)避H₂S的危害，只能采取過平衡鉆進(jìn)，造成鉆井液的大量漏失，不但加大了鉆井成本，同時(shí)也對(duì)儲(chǔ)層造成了很大的傷害。如何破解塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層面臨的鉆井難題，需要在技術(shù)層面上進(jìn)行創(chuàng)新。

??? 要根本解決塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井的難題，比較合適的技術(shù)是欠平衡鉆井，但由于H₂S含量高，常規(guī)欠平衡鉆井技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)很大。據(jù)初步調(diào)研，國外在高含硫油氣田開展欠平衡鉆井已有先例，如加拿大在含H₂S20%的條件下采用密閉循環(huán)鉆井技術(shù)，取得了很好的效果^[1]。

密閉循環(huán)鉆井技術(shù)的關(guān)鍵是采用了密閉循環(huán)系統(tǒng)。密閉循環(huán)系統(tǒng)的主要功能有：①循環(huán)系統(tǒng)全部密閉，防止高含硫氣體泄漏；②進(jìn)行氨洗脫硫處理，將高含硫氣體脫硫后燃燒排放。因此，密閉循環(huán)系統(tǒng)能保證人員安全和達(dá)到環(huán)保要求(圖1)。

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??? 四相分離器是密閉循環(huán)系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。四相分離器的作用是：將井內(nèi)返出的巖屑、鉆井液、原油以及氣體進(jìn)行分離。由于分離過程處于密閉狀態(tài)，可以避免發(fā)生H₂S泄漏等意外事故的發(fā)生。性能可靠的四相分離器是保證整套密閉循環(huán)系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。由于國內(nèi)目前還未完全掌握四相分離器制造的關(guān)鍵技術(shù)，因而嚴(yán)重制約了密閉循環(huán)鉆井技術(shù)裝備的國產(chǎn)化進(jìn)程。

??? 氨洗脫硫裝置也是密閉循環(huán)系統(tǒng)的核心設(shè)備之一。由于氨洗脫硫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，價(jià)格昂貴，使用、維護(hù)成本高等原因，也嚴(yán)重制約了密閉循環(huán)鉆井技術(shù)的推廣應(yīng)用。

??? 對(duì)于上述問題，需要針對(duì)塔中高含硫碳酸鹽巖儲(chǔ)層的具體情況，采用如下的技術(shù)思路加以解決：設(shè)計(jì)一種密閉振動(dòng)篩，用于替代四相分離器；進(jìn)行高含硫氣體的氨洗脫硫、燃燒排放實(shí)驗(yàn)，為決定是否使用氨洗脫硫裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)。

??? 根據(jù)上述方案，完成了密閉振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用的技術(shù)方案是：將振動(dòng)篩置入一個(gè)密閉的金屬殼體內(nèi)，殼體置于橇座上，不但能防止H₂S外泄，同時(shí)也便于吊裝和運(yùn)輸；殼體內(nèi)設(shè)置巖屑收集槽和螺旋排屑機(jī)構(gòu)、集液槽和液位檢測(cè)儀，便于及時(shí)排屑、排液；排屑電機(jī)和排液鉆井液泵、電控箱安裝在殼體外，避免在高濃度H₂S氣體環(huán)境下發(fā)生燃爆；殼體上部設(shè)置通氣法蘭，便于連接抽氣設(shè)備排出殼體內(nèi)高濃度的H₂S氣體。

密閉振動(dòng)篩可以在高含硫油氣田鉆井作業(yè)中替代常規(guī)振動(dòng)篩，能有效地防止H₂S外泄，確保人員的安全，避免環(huán)境污染。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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