CO2泡沫压裂技术介绍

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1、CO2泡沫压裂技术介绍目 录n一 、概述n二、 CO2的相态特征及发泡条件n三、 CO2泡沫压裂液技术n四、 CO2泡沫压裂工艺技术n五、 CO2泡沫压裂现场应用(1)CO2泡沫压裂技术发展及现状CO2压裂技术分为CO2增能压裂、CO2泡沫压裂、纯CO2压裂三种。泡沫质量也称泡沫干度，它表示气相在泡沫中的体积百分数。 CO2增能压裂的泡沫质量一般为3052%，优点是施工简便，CO2主要用于提高返排能力，应用较大规模的压裂。CO2泡沫压裂的泡沫质量一般为6085%，优点是水基压裂液用量少，对地层和裂缝伤害小，气泡呈连续相、粘度高、携砂性能好，返排率高，但由于水基压裂液用量少，施工中提高砂比有一定

2、难度，并且施工压力偏高。纯CO2压裂是采用液态CO2为压裂液，即100%CO2压裂，优点是对地层无伤害，返排迅速、彻底，但由于液态CO2压裂受施工规模和井深的限制，并且需要专门的密闭混砂车，因此不适合中、大规模的压裂改造。 一 、概述一、概述(2)国内外CO2压裂应用情况1986年在联邦德国的费思道尔夫的石炭系士蒂凡组气藏 的压裂改造中成功地使用了60%CO2泡沫压裂液，使天然气产 量增加了近12倍。该气藏埋深在34003650m，包括8个含气 层，单层厚度在843m之间，有效厚度为517m，孔隙度为 78%，平均渗透率为0.1510-3m2，平均含水饱和度为 30%。施工所使用的60%CO2

3、泡沫压裂液（液相中使用了30%甲 醇和70%KCl水）对储层的伤害比以前使用的油基压裂液和常 规的水基压裂液都低，并且获得了3000m3/h的天然气产能。 在国内，四川石油管理局于1985年开始泡沫酸液的基础研究和泡沫 酸酸化施工技术的研究；用于具体实施是在1988年5月4日，辽河油田与 加拿大合作进行了全国第一口氮气泡沫压裂井的设计、施工，并获得成 功。辽河油田及大庆油田先后进行了氮气压裂施工。由于试验设备、装 备和工艺技术还有待进一步完善，国内泡沫压裂技术进展缓慢。吉林油 田由于有丰富的二氧化碳资源，于1997年引进了美国SS公司的CO2泡沫压 裂设备，并针对其油田主要进行了油层吞吐和CO

4、2助排增能压裂工艺技术 的实施。至1998年，吉林油田共压裂油井69口，气井5口(合隆气田)； 吉林合隆气藏井深13001420m，采用线性胶泡沫压裂。长庆油田1999 年在靖安油田进行了3口井CO2泡沫压裂试验，2000-2003年在长庆气田24 口井进行了27次CO2泡沫压裂。一、概述一、概述(3)国内CO2压裂应用情况二、CO2的相态特征及发泡条件（1）CO2的相态特征CO2的相态特征曲线 （1）CO2的相态特征nCO2和水一样存在三态。在-56.6和0.531MPa（绝对）的条件下，CO2的气态、液态和固态同时存在，即为CO2的三态点。低于0.531MPa （绝对）CO2以固体（干冰）

5、或是气体的形态存在；高于30.6和7.5MPa（绝对）的条件下，CO2以气体的形态存在。n在温度-30F，压力2000psi（-17，2.1MPa）条件下，CO2可以运输和储存，采用专用的CO2密闭运输车运输，将液态CO2泵入专用设备而与支撑剂混合，就可以完成压裂作业。压裂一旦完成，在油藏条件下（远大于31），变为气态，带动残余压裂液返排出地表。 （2）CO2在井筒及地层中发泡条件分析CO2运输和储存的条件下是-17温度和2.1MPa压力，压裂过程中压力超出临界压力，只是在井筒泵入一定量的低温压裂液后温度较 低，无法满足CO2以气体的形态存在，也就是CO2与压裂液混合不具 备发泡条件而不能发泡

6、。例如，假如压裂液和CO2混合的比例为1：1 ，如果压裂液的温度为10，那么，压裂液和CO2混合后，混合液的 温度大大降低，显然，CO2压裂液在混合处不能发泡。但是由于地层温度远高于地面温度，随着压裂液沿井筒进入地层，温度逐渐上升， CO2的温度可能高于30.6，这样CO2以气体的形态存在，也就是CO2压裂液具备了能发泡的条件。(1) CO2泡沫压裂的优点为压后工作液返排提供了气体驱替作用。气态的CO2能控制液体滤失，提高压裂液效率。减少了水基压裂液的用液量。CO2与水反应产生碳酸，有效地降低了系统的总pH值，降低了压裂液对基质的伤害。降低了压裂液的表面张力，有助于压裂液的迅速反排等特点。三、

7、CO2泡沫压裂液技术（2）CO2泡沫压裂液的基本要求泡沫的稳定性 泡沫粘度与流变特性 滤失特性 助排能力 低伤害特性泡沫的稳定性 泡沫流体是一种不稳定体系。泡沫稳定性是泡沫压裂液 的基本特性。提高稳定性的主要途径有：a.选用合适的起泡剂，降低液相表面张力，有利于泡沫的形成，并增加 液膜的强度和弹性；b.利用多种表面活性剂的协同效应，添加稳泡助剂；c.提高液相粘度及采用交联技术，形成冻胶表层，增加液膜的粘弹特性 ，降低液膜的排液速率；d.提高泡沫质量，以便气泡相互接触而发生干扰，改变泡沫的几何形态 ，由球形变为六边形，边界夹角达到120，此时压差最小，排液速率 减弱，有利泡沫稳定；e.通过高压、

8、高速混合气液两相，形成大小均匀、结构细微的泡沫，减 少排液速率，延长半衰期；f.随着温度的增加，表面张力升高，液相粘度降低，需要提高液相的耐 温性能和起泡剂浓度。（3）CO2泡沫压裂液的基本要求（2）CO2泡沫压裂液的基本要求泡沫粘度与流变特性 泡沫的粘度均显著高于两相中任何一相流体的粘度，主要受泡沫质量和液相性能的影响。泡沫质量越高，气泡越密集，气泡干扰、摩擦阻力越大，粘度就越高，当泡沫质量达到7580%时，泡沫粘度达到最大。增加液相粘度，不仅增加泡沫的稳定性，而且进一步提高了泡沫流体的粘度。 （3）CO2泡沫压裂液的基本要求滤失特性 泡沫流体具有良好的降滤失性能，在相同条件下，滤失系数小于

9、常规水基冻胶压裂液。这是由于泡沫气液两相结构和气液之间的界面张力作用的结果。当泡沫流体进入微细孔隙时，需要大量的能量克服界面张力和气泡的变形，同时细微结构的泡沫在微细孔隙中，由于毛细管力的叠加效应，进一步阻止了液体的滤失。 助排能力 泡沫流体具有很好的助排能力，结合抽吸或气举排液工艺，再借助泡沫的举升动能，即可快速、彻底排液。低伤害特性CO2泡沫流体具有低伤害特性，主要表现在：泡沫压裂液体系中，减少了液相成分，仅占3050%，大大减少了液相进入地层引起的水锁和水敏伤害；CO2泡沫流体的酸性介质（pH=45），能够抑制粘土膨胀，减少颗粒分散运移；快速排液机制，减少了由于大量液体滞留引起的储层伤害

10、。（2）CO2泡沫压裂液的基本要求（3）CO2泡沫压裂液添加剂优选起泡及稳稳泡性能试验试验压压裂液耐温耐剪切性能评评价试验试验静态与动态滤失试验动态模拟试验粘弹性试验支撑剂沉降试验压裂液破胶与残渣性能试验压裂液的表面化学特性与吸附特性试验(3) CO2泡沫压裂液添加剂优选 起泡剂优选 不同起泡剂水溶液的泡沫稳定性对比（3）CO2泡沫压裂液添加剂优选 起泡剂优选 不同起泡剂的起泡效率与稳泡特性（1.0%水溶液 ） 从起泡效 率和泡沫稳 定性对比看 ，FL-36起泡 剂性能最好 ，B-18和YPF -1起泡剂性 能相当。 稳泡剂的优选羟丙基瓜尔胶水溶液对泡沫起泡与稳泡的影响 羟丙基瓜尔胶水溶液浓度

11、越大，形成的泡沫半衰期越长，也就是泡沫越稳定；同样也使得泡沫体积变小，起泡 能力变弱。 （3）CO2泡沫压裂液添加剂优选粘土稳定剂的选择：氯氯化钾钾，浓浓度为为12% 破胶剂的选择：过过硫酸盐盐与胶囊破胶剂剂 酸性交联剂的选择：AC-8酸性交联剂联剂 助排剂的选择：DL-10高效助排剂剂及CQ-A1助排剂剂 杀菌剂的优选：SQ-8为该压为该压 裂液体系的杀杀菌剂剂 （3）CO2泡沫压裂液添加剂优选酸性交联冻胶通入CO2交联泡沫压裂液 （ 0.7%羟丙基胍胶，52%泡沫质量，170s-1，85）交联比：100：1.5；破胶剂：过硫酸铵(4)、AC-8酸性交联CO2泡沫压裂液耐温耐剪切性能四四:

12、:COCO2 2泡沫压裂工艺技术泡沫压裂工艺技术工艺技术特点工艺技术特点总体上CO2泡沫压裂特点表现为“一少、一低、一快”。与常规水基压裂相比，入井液量少少；对储层伤害低低；压后返排快快。中国 . 西安COCO2 2泡沫压裂工艺流程泡沫压裂工艺流程在水力压裂的泵注过程中，采用CO2泵注车将液体CO2经过地面三通与冻胶液混合注入井 内。利用液态CO2与冻胶液的混合液进行加砂压裂施工。 SS2000/IC330型CO2增压泵车最大流量4.65m3/min 最大工作压力2.76MPa 最大压差0.69 MPa 最高转速350rpm，最高功率75KW COCO2 2泡沫压裂泡沫压裂 特种设备特种设备C

13、O2泡沫压裂技术作业能力: CO2 最大排量 4.65m3/min CO2最大加入量：180m3 (根据需要)2000年在陕28井进行了首次CO2泡沫压裂工艺技术试验 ，获得成功。加 砂 量：20m3，施工排量：2.8m3/min，泡沫质量：55-65%，井口产量：20.821104m3/d，无阻流量：56.2247104m3/d，中国 . 西安五五: :COCO2 2泡沫压裂现场应用泡沫压裂现场应用目前共进行了24口井27次的CO2泡沫压裂施工,其中在乌审旗 、中、东部气田试验14口井15次，苏里格气田试验 10口井 12次。和吉林合作19井次施工，独立施工5口井8次施工。 最大井深：天1井

14、，作业井段3704-3715m 最大规模：G23-4井，作业井段3285-3291m 加砂量：38m3，液态CO2用量：142.6 m3， 排量：2879 L/min，综合砂比：27.4%。 最大规模：苏29井，作业井段3517-3521m 加砂量：40m3，液态CO2用量：102 m3， 排量：4163 L/min，综合砂比：25.4%。作业业绩部分气井CO2泡沫压裂层基本数据CO2泡沫压裂施工参数统 计苏6井CO2泡沫压裂压力排量曲线（盒8）作业实例1天1井石盒子CO2泡沫压裂施工曲线 （用我处的CO2泵车施工的第一口井） 作业实例2无阻流量 （104m3/d）CO2泡沫压裂水力压裂 井数

15、 （口）比例 %井数 （口)比例 % 10541.72315.5410433.33825.7 43258758.8 总计121001481001、CO2泡沫压裂提高了工业气井的比例乌审旗及中、东部气田CO2压裂效果对比表 中国 . 西安效果分析CO2泡沫 压裂与常规压裂对比分析效果分析2、提高了气井单井产量长庆上古砂岩储层CO2压裂效果对比表储 层 类 别CO2压裂井水力压裂探井水力压裂开发井井 数口平均无阻 流量 104m3/d井 数口平均无阻 流量 104m3/d井 数口平均无阻 流量 104m3/d242.8521620.680969.9757114.351284.8505 82.768

16、422.07320.000546 合计161910中国 . 西安13.05278.57363.8815效果分析3、提高了返排率,缩短了排液时间气井CO2泡沫压裂试验井与常规压裂井对比，连续 续排液能力明显增强，有效排液时间短，一般2070 小时(常规水力压裂井平均80小时以上)；只有个别产 水的低产气井，由于抽汲助排措施使排液时间增长。 返排率一般在80%以上。具体见下表：效果分析CO2 泡沫压裂排液求产数据效果分析4、CO2泡沫压裂认识（1）针对长庆上古低渗透油气藏的特征，使用CO2泡沫压裂工艺对于提高压后返排率，缩短排液时间，减少压裂液对地层的二次伤害效果显著。 （2）通过对三类典型气井压裂试验表明，CO2压裂中，高渗层压裂效果优于低渗层，而低渗层优于致密层。因此，对于上古气藏使用CO2泡沫压裂，要优先选取物性较好、含气特征明显的储层。（3）. 对于气藏渗透率为0.5110-3m2、有效厚度为1020m