摘要：塔里木盆地塔中高含硫碳酸鹽巖儲層鉆井主要難點為：儲層壓力敏感、H₂S含量高，導致采用常規(guī)欠平衡鉆井技術(shù)風險很大，而利用密閉循環(huán)鉆井技術(shù)則可以有效降低鉆井風險。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，針對塔中高含硫碳酸鹽巖儲層的特點，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篩替代四相分離器的實用化密閉循環(huán)系統(tǒng)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的密閉振動篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行了高含硫天然氣燃燒排放對大氣環(huán)境的影響實驗和氨洗脫硫效果實驗，對實用化的密閉循環(huán)系統(tǒng)方案進行了充分的論證。研究表明：破解塔中高含硫碳酸鹽巖儲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。實驗結(jié)果也證明了實用化的密閉循環(huán)系統(tǒng)方案具有很好的針對性和適用性。該成果對于高效勘探開發(fā)塔中高含硫碳酸鹽巖儲層有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：深井；超深井；碳酸鹽巖；儲層；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為：裂縫、孔洞型儲層，地層壓力敏感，井筒壓力難以控制，溢流、漏失往往同時發(fā)生，再加上H₂S含量高，安全形勢十分嚴峻。在塔中1號坡折帶的已鉆井，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，造成鉆井液的大量漏失，不但加大了鉆井成本，同時也對儲層造成了很大的傷害。如何破解塔中高含硫碳酸鹽巖儲層面臨的鉆井難題，需要在技術(shù)層面上進行創(chuàng)新。

??? 要根本解決塔中高含硫碳酸鹽巖儲層鉆井的難題，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)風險很大。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)，因而嚴重制約了密閉循環(huán)鉆井技術(shù)裝備的國產(chǎn)化進程。

??? 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)復雜，體積龐大，價格昂貴，使用、維護成本高等原因，也嚴重制約了密閉循環(huán)鉆井技術(shù)的推廣應(yīng)用。

??? 對于上述問題，需要針對塔中高含硫碳酸鹽巖儲層的具體情況，采用如下的技術(shù)思路加以解決：設(shè)計一種密閉振動篩，用于替代四相分離器；進行高含硫氣體的氨洗脫硫、燃燒排放實驗，為決定是否使用氨洗脫硫裝置進行評價。

??? 根據(jù)上述方案，完成了密閉振動篩結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用的技術(shù)方案是：將振動篩置入一個密閉的金屬殼體內(nèi)，殼體置于橇座上，不但能防止H₂S外泄，同時也便于吊裝和運輸；殼體內(nèi)設(shè)置巖屑收集槽和螺旋排屑機構(gòu)、集液槽和液位檢測儀，便于及時排屑、排液；排屑電機和排液鉆井液泵、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。

密閉振動篩可以在高含硫油氣田鉆井作業(yè)中替代常規(guī)振動篩，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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