二氧化碳压裂技术课件

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1、二氧化碳压裂技术,一、CO2压裂技术特点及分类 二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状 四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况,提 纲,1、 CO2的物理性质,一、CO2压裂技术特点及分类,CO2的相态:气态、液态、固态,三相点： 压力：0.518MPa 温度：-56.6 临界点： 压力：7.38MPa 温度：31.06 ,标准状态（0，0.101MPa）下： 1m3 CO2（液态）546标m3 CO2（气态）,2、 CO2压裂技术特点, 降低了进入油气层的液体量，同时依靠CO2增能助排特性，提高排液速度和返排率，减少液体对油气层的伤害而提高产量。 CO2压裂时混

2、合液具有粘度高、携砂性能好的特点，有利于提高施工排量和砂比。 CO2溶解形成酸性液，能够有效抑制粘土膨胀。 CO2溶解性衍生的其它特点，如泡沫压裂液的界面张力较水基压裂液明显低一个水平，可以减小毛细管力和地层对压裂液的吸渗作用。,根据泡沫质量及气相介质的不同, CO2压裂技术分为四种类型, CO2增能压裂技术： 在压裂施工时首先将CO2作为预置液注入，然后再进行常规压裂（水基压裂液作为前置液、携砂液）。 优点：增加排液时的地层能量，利用气体的携液能力，达到快速返排，降低伤害，提高压裂效果。同时施工工艺相对简单易行。 缺点：没有减少入地层工作液，利用率较低。,3、 CO2压裂技术分类, CO2泡

3、沫压裂技术：压裂液由液态CO2、水冻胶和各种化学添加剂组成的液-液两项混合体系组成。 泡沫液粘度随泡沫质量的不同而发生很大变化，泡沫质量达到60-80%时，称为泡沫压裂技术；,泡沫质量小于52%时，也可称为CO2增能压裂或混气水压裂。, CO2+N2二元泡沫压裂技术 ：压裂施工过程中同时应用CO2和N2, 纯CO2压裂技术：液态CO2作为压裂液，以液态注入，在地层条件下气化。施工后地层无残留液体。,根据施工过程中泡沫质量的不同，CO2泡沫压裂有三种施工方式, 恒定内相施工方式,增加支撑剂浓度时，保持压裂液基液排量稳定，但相应降低液体CO2的排量，其降低值等于支撑剂的绝对排量，使内相(气体十固体

4、)和外相(液体)保持平衡，以保证压裂液的粘度恒定。,优点：既可适当提高砂液比，又可避免井口压力过高， 缺点：减少了高砂比段助排的CO2量，增加了现场操作的难度。,4、 CO2泡沫压裂施工方式, 变泡沫质量施工方式,在液体CO2和压裂液基液排量都保持恒定的情况下加入支撑剂。随着支撑剂浓度的增加，泡沫质量增大,优点： 施工操作简便，不需要不断调整泵车排量，相同情况下有更多的CO2注入。,缺点： 随着泡沫质量的增加，泡沫液粘度升高、井底排量增大。致使压裂管路摩阻损失过大，井口压力升高和压裂施工提前结束。, 变泡沫质量施工方式,随着支撑剂浓度的增加，逐渐降低液体CO2排量，同时提高压裂液基液的排量，保

5、持施工总排量不变。,优点： 够降低加砂过程中压裂管柱的摩阻，使井口压力保持在较为稳定的水平，提高施工成功率。,缺点： 随着随着支撑剂浓度的增加，助排的CO2量减少。, 恒定泡沫质量施工方式,在增加支撑剂浓度时，相应降低压裂液、液体CO2的排量，保持泡沫质量不变。,优点： 泡沫粘度稳定。,缺点： 施工中操作难度较大。,5、 压裂施工中CO2的状态变化,点1：储罐中； 点2：经过增压泵车加压后的液态CO2； 点3：压裂泵车出口的状态； 点4：与水基压裂液混合升温后的状态； 点5：压裂液到达井底的状态，在此过程中，CO2将从液态转变为气态，与水基压裂液形成泡沫； 点6：在裂缝中部的情况； 点7：返排

6、出地面的泡沫。,6、 CO2压裂施工地面流程,一、CO2压裂技术特点及分类 二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状 四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况,提 纲,概括起来，国外泡沫压裂液发展经历了下列四个阶段： 第一代泡沫压裂液：水+起泡剂(70年代，N2，砂液比l-2lb/gal（lb/gal=119.8kg/m3），利于压后返排，解决低压气井； 第二代泡沫压裂液：水+起泡剂+聚合物(80年代，N2、CO2，提高流体粘度，增加稳定性，砂液比4-5 lb/gal，高压油气藏，泡沫压裂发展较快)；第三代泡沫压裂液：水+起泡剂+聚合物+交联剂(80年代末-90年代初

7、，泡沫压裂液粘度和稳定性进一步提高，造缝和携砂能力增强，适合于高温深井大型水力压裂，砂液比达4-51b/gaL)； 第四代泡沫压裂技术：(90年代以来，恒定内相技术，控制内相体积，降低施工摩阻，满足大型压裂施工：最高砂液比12lb/gal以上，砂量150吨以以上)。,1、 国外泡沫压裂液体系发展历程,由液态CO2、原胶液和各种化学添加剂组成的液液两相混合体系，形成以CO2为内相，水为外相的乳状液取代普通压裂液。 在向井下注入过程中，随着温度的升高，达到31临界温度以后，液态CO2开始汽化，形成以CO2为内相、含高分子聚合物的水基压裂液为外相的气液两相分散体系。由于泡沫两相体系的出现，使流体粘度

8、显著增加。,2、 CO2泡沫压裂液体系,CO2泡沫压裂液由以下成分组成： (1)气相：气态CO2，常用7O-95%体积含量。 (2)液相： 主要用醇基和水基。最常用的是15-20%甲醇。 (3)发泡剂：7O年代初，多为做洗涤剂用的硫酸盐或磺酸盐，后来研制出离子化的磺酸盐、铵离子、两性离子等产品 ，泡沫半生期超过6O分钟。 (4)添加剂：增稠剂多为羧甲基瓜胶或羧甲基羟丙基瓜胶。在交联泡沫中还用延缓交联剂，提高粘度，延长稳定半生期，扩大泡沫质量范围。,与常规水基压裂液在碱性环境下交联，酸性条件下破胶不同， CO2泡沫压裂液的弱酸性使得压裂液的交联环境发生了改变，即其须为酸性环境下交联的压裂液体系。

9、国外大服务公司均有自己的CO2泡沫压裂液体系。如斯伦贝谢公司的YF8OOLPH体系，BJ公司的Medallion Frac 4000 with CO2/10%甲醇压裂液体系等。,3、纯CO2压裂液体系,以液态CO2做为压裂液。,优点：(1)清除了由于常规压裂液所造成的地层伤害。地层中压裂液的残余饱和度为零，可完全避免对裂缝附近储层渗透率的损害；(2)压后反排迅速彻底，可以在压后立即评价地层的潜在产能。,缺点：(1)液态CO2压裂液粘度很低，携带支撑剂的量比常规作业的小；(2)施工中压裂液滤失严重，对排量极其敏感， (3)摩阻压力损失比常规压裂液高， (4)井底温度必需依靠大排量及大用量降低至C

10、O2的临界温度(31)以下，才能保证CO2为液态，并具有一定粘度，可以压开地层保证支撑剂的注入；(5)混砂设备必需为特制的可加压的特殊装置。,纯CO2加砂压裂一般使用120t液态CO2以及13.6-20.9t支撑剂。 由于液态CO2的粘度大约为0.1cp，所以要以7-9m3/min)量泵入以达到足够快的传输速度。,4.1 CO2的泡沫质量,泡沫质量即泡沫干度，是在一定压力和温度条件下气体的体积与泡沫液总体积之比，,CO2是一种可压缩气体，泡沫质量要随温度和压力变化而变化，且井内的温度和压力又随井深而变化，,泡沫质量决定了泡沫压裂液的泡沫粘度、滤失性和携砂能力，是决定泡沫性质的关键因素。,4、C

11、O2泡沫压裂设计方法与施工实例,4.2 CO2泡沫压裂设计方法,在CO2泡沫压裂设计方法上国外一般采用恒定内相技术。,4.3 CO2泡沫压裂施工实例,实例1：恒内相CO2泡沫压裂施工,CO2排量随支撑剂排量的增加而减少。在泵前置液结束时泵注压力达到最大值，但随着加入支撑剂，由于流体静液柱压力的增加，泵注压力平稳下降。,实例2：常规CO2泡沫压裂施工,加砂后，泵注压力马上升高。表明泡沫质量的变化会产生很高的摩阻。从施工压力的上升趋势来看，如果最大限压再低些，这次施工就会被迫过早停工，导致施工失败。,6,一、CO2压裂技术特点及分类 二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状

12、四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况,提 纲,1 国内泡沫压裂液体系发展历程,1988年5月，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施工。 1997年，吉林油田引进了CO2泡沫压裂设备，开展了油层吞吐和CO2助排增能压裂工艺技术的实施。 2000年，长庆油田引进CO2泡沫压裂设备，主要用于低渗气层改造。2003年，中原油田引进CO2泡沫压裂设备，开展了CO2增能压裂和泡沫压裂的现场实施工作。2005年10月，长庆油田首次在榆林气田实施纯液态CO2压裂。,2 国内CO2泡沫压裂液体系,国内CO2泡沫压裂液的研究和开发应用，以中国石油勘探开发研究院万庄压裂酸化技术服务中心为代

13、表。通过多年室内试验，研制开发了CO2泡沫压裂液用添加剂，优选出CO2泡沫压裂液配方。,（1）典型配方 0.65%-0.75%GRJ改性瓜尔胶+1.0%TFP-1起泡剂+0.05%SQ-8杀菌剂+1.0%粘土稳定剂+0.3%DL-10助排剂+0.003%0.06%过硫酸铵+1.5AC-8酸性交联剂,（2）泡沫压裂液性能,a.基液性能及泡沫压裂液半衰期,25、170S-1剪切速率条件下： 未形成泡沫之前基液黏度为 99.0mPa.s，pH值为7.0。 形成泡沫压裂液后， 在25、0.1MPa 条件下测得泡沫流体的半衰期 为360minpH值为4.0，,b.耐温耐剪切性能,2,（2）泡沫压裂液性能

14、,c.流变性动态模拟,11,使用多功能泡沫流动回路装置，测定不同泡沫质量的CO2泡沫压裂液的流变性能。在温度不变情况下，随着泡沫质量由20%增加到60%，表观黏度由60mPas上升到125mPas（。泡沫质量较低时压裂液的泡沫颗粒大，均匀性较差；泡沫质量较高时泡沫颗粒较小且均匀性好。,（2）泡沫压裂液性能,c.流变性动态模拟,11,使用多功能泡沫流动回路装置，测定不同泡沫质量的CO2泡沫压裂液的流变性能。在温度不变情况下，随着泡沫质量由20%增加到60%，表观黏度由60mPas上升到125mPas（。泡沫质量较低时压裂液的泡沫颗粒大，均匀性较差；泡沫质量较高时泡沫颗粒较小且均匀性好。,（2）泡

15、沫压裂液性能,d. 滤失特性,常规水基压裂液主要靠黏弹性流体的滤液在压裂缝表面形成致密滤饼而降滤失，泡沫压裂液体系除此机理之外，还有气、液两相泡沫降滤失机理。使用多功能回路泡沫试验装置测定泡沫压裂液与常规水基压裂液的滤失性能的结果，泡沫压裂液的降滤失作用比水基压裂液显著，交联泡沫压裂液的滤失量更低。,（2）泡沫压裂液性能,e. 岩心伤害,使用岩心伤害试验装置，分别测试了清水和泡沫压裂液对不同岩心的伤害情况（注液压差为7.0MPa)，液体饱和时间为2h，泡沫质量为53%）。由表5可见，由于岩心亲水性强，孔隙与喉道较小，毛管阻力强，清水对岩心的伤害达80%以上；而泡沫压裂液具有两相，减少了其水相的

16、相对含量和进入岩心的水量，因此伤害率低于61%。,起步晚2030年国外：始于60年代后期，国内： 90年代中期才开始现场试验。机理研究相对薄弱，特别是CO2相态转变条件、超临界特性、泡沫流变特性、气液固三相体系及摩阻等有待研究认识。设备装备少，不配套，国内目前可进行现场压裂施工的CO2泡沫压裂设备仅有长庆、吉林、大庆、中原四套车组；能进行液态CO2压裂施工的配套设备仅有长庆油田。 泡沫压裂技术有待于进一步发展、提高，包括CO2酸性交联泡沫压裂液体系和压裂设计技术等。,3 国内CO2压裂与国外的差距,长庆油田,长庆上古低渗、低压气藏，储层岩性主要以石英砂岩、岩屑石英砂岩为主。有效厚度730m，孔隙度412，岩心渗透率0.12.010-3m2。埋深28003300m，压力系数0.920.97，气层温度90110。,单井增产均在710430104m3/d，至少比常规压裂增产17%。,4 国内CO2压裂技术应用效果,大庆油田,