张 琳，胥 豪，牛洪波，刘晓兰

(中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东 东营 257017)

气体钻井有别于常规钻井技术，其采用空气、天然气或者氮气等作为循环介质，携带岩屑并冷却钻头，但由于其循环介质密度太低，难以产生足够的扭矩来驱动井下马达，因此气体钻井通常只应用于直井段钻进。为了克服这个难题，美国路易斯安那州立大学在20世纪90年代对超临界CO2钻井可行性进行了研究和现场试验。CO2在温度高于31.1℃和压力高于7.38 MPa的情况下为超临界流体[1～6]。利用超临界CO2进行钻井时，超临界状态的CO2具有接近于液体的密度，同时其粘度也比较大，因此可以驱动马达转动并携带岩屑，可以应用于定向井和水平井。

1 超临界CO2物理特性

CO2气体无色无味，分布广泛，获取简单，三相点为 －56.56℃、0.52 MPa，临界点为31.10℃、7.38 MPa[5～14]，当温度和压力大于临界点时，其达到超临界状态(见图1)。

图1 CO2相态图

当CO2气体温度和压力逐渐升高时，CO2从气态变为液态，同时密度也逐渐增加;当温度和压力高于临界点后，呈现为超临界状态。在从气态变为超临界状态时，其密度变化是连续的。CO2气体的密度可调范围非常大[11]，最大密度可达1200 kg/m3，与常规钻井液和欠平衡钻井时的钻井液密度比较接近(见图2)，显示出超临界CO2钻井技术宽广的应用前景。另一方面，随着相态的变化，CO2气体的粘度变化范围也较大，特别是从气态变化为液态时出现粘度突变[11]。当CO2呈超临界状态后，其粘度还将进一步增加，但总体介于液态和气态之间。……