CO2压裂工艺技术简介

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1、CO2压裂工艺技术简介压裂工艺技术简介 中国石化 中原石油勘探局目录目录一、一、CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势压裂施工工艺技术状况及发展趋势二、二、CO2施工队伍及设备状况施工队伍及设备状况三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术四、四、CO2压裂施工选井选层原则压裂施工选井选层原则五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况一、一、 CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势压裂施工工艺技术状况及发展趋势 国外泡沫压裂技术始于60年代末期的美国, 70年代得到了较快的发展,7080年代泡沫压裂技术逐渐成熟，1980年底，在美国东德克萨斯州成功地进行了几次大型泡沫压裂施工，泡沫

2、液用量最大已达到2233m3，加砂530t, 1985年美国已进行约3600井次的泡沫压裂作业，约占总压裂井次的10。1986-1990年，采用泡沫压裂的比例由20%上升到50%。90年代以后在北美地区(美国和加拿大)油、气井的90%均采用泡沫压裂技术。 （国外）（国外） 国内，近几年中原、长庆、大庆、吉林等油田也开展了泡沫压裂的现场试验工作，CO2泡沫压裂在中原、胜利、四川、吉林勘探、开发井进行施工取得明显效果。 如孤北古1井压后使用5mm油嘴排采，初期日产气7.8104m3，最高11.9104m3，日产液50-60m3，3天累计排液200 m3，地层未见出砂现象。合5井25号层 ，压后日产

3、气14.27104m3，产量提高了7倍；木126区块新井投产时，于1998年4月在126-89井采用了CO2压裂。压后与该区块同一时期投产7口井的数据相比，采用CO2压裂，初期采油强度达1.238t/d.m，而其它7口井平均为0.255t/d.m，增加幅度高达385.4%，CO2泡沫压裂技术优势明显。一、一、 CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势压裂施工工艺技术状况及发展趋势（国内）（国内）二、二、二、二、COCO2 2施工队伍及设备状况简介：施工队伍及设备状况简介：施工队伍及设备状况简介：施工队伍及设备状况简介：1. 1.队伍介绍队伍介绍队伍介绍队伍介绍: : CO2 压裂队伍成立于2002

4、年2月，主要负责CO2泡沫压裂及相关工艺技术的设计和施工，全体主要指挥人员都经过美国斯伦贝谢公司和双SS公司的专业技术培训。成立至今，独自完成了100余井次的CO2压裂井的设计和施工，其中井深超过3500M的凝析气井4口，有2口井压裂井段大于3700M，最大施工井深超过4100米，已经累计完成了CO2泡沫压裂井20余井次，CO2增能压裂井80余井次，CO2吞吐10余井次，施工成功率100%，并且取得了良好的增产效果。2. CO2压裂设备介绍压裂设备介绍 全套CO2机组包括8台COC22T型CO2罐车，两台IC-331型增压泵车以及与之配套的气控扫线车等。 CO2罐车采用德国梅塞德斯奔驰公司生产

5、的4140K底盘，罐体容积22吨，实际装载能力18吨。主要包括CO2容积罐，4“增压泵，增压泵液压控制系统，液体排放控制系统等。每台罐车都可以利用其增压泵独立的向高压泵进行灌注供液，从而满足压裂、吞吐等施工工艺的需求。 CO2增压泵车采用德国梅塞德斯奔驰公司生产的2031AK底盘，主要包括台上卡特3116TA发动机、液压系统、吸入管汇、液气分离瓶、增压泵系统、排出管汇、控制面板等。台上发动机额定功率为190马力，增压泵的最大排量为4.65m3/min。三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术1、在物理上，CO2有三种不同相态，气态、液态和固态,其临界温度和压力分别为31和9.39MPa。

6、在-18液态条件下，CO2泡沫密度为1.020g/cm3，转化为0，l大气压（绝对压力）下的气态标准体积为517m3。2、CO2物理化学性质较稳定,不易与空气中其它气体反应。但是在溶液中能同金属反应，随着温度的升高，还可以同许多物质发生反应。CO2溶于水生成碳酸，其pH值一般为3.33.7。1、CO2基本物理化学性质：基本物理化学性质：三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术2、CO2压裂工艺分类：压裂工艺分类：（1）泡沫质量FQ：96-雾化压裂；（4）纯液态CO2压裂：100密闭混砂车；（5）CO2段塞增能压裂。在一定的温度和压力条件下，泡沫液体中的气体体积与泡沫体积之比称为 泡沫质量

7、（FQ)。 式中： VG气相体积； VL液相体积。 三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术 CO2泡沫压裂泡沫压裂工艺是以CO2气液两相泡沫增能液体为载体，通过合理优化CO2泡沫质量和压裂液配方、减少入井液量、降低储层伤害，达到增产的目的新型压裂工艺。 CO2增能压裂增能压裂是指泡沫质量低于52%的泡沫压裂和CO2段塞增能压裂。CO2段塞增能压裂就是在加砂压裂前，向地层泵注入高泡沫质量的CO2泡沫，增加压裂液的返排能力，达到快速排液之目的。CO2段塞增能压裂的施工流程与CO2泡沫压裂完全相同，施工步骤也一样。由于CO2在预前置液前面，携砂液中没有液体的CO2，因此，携砂液中支撑剂比例高

8、，裂缝中铺砂浓度高，同时，CO2的存在有利于聚合物在地层条件下降解，减少聚合物残渣数量，有利于提高裂缝的导流能力。三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术3 3 3 3、CO2泡沫压裂液泡沫压裂液泡沫压裂液泡沫压裂液CO2泡沫压裂液是由液态CO2 、水冻胶和各种化学添加剂组成的液-液两项混合体系。在向井下注入过程，随温度的升高，达到31临界温度后，液态CO2开始气化，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。三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术酸性环境交联压裂液酸性环境交联压裂液：YF800LPHYF800LPH体系体系(Schlumberger)

9、(Schlumberger)。 液体组成液体组成：稠化剂、交联剂、：稠化剂、交联剂、pHpH调节剂、起泡剂、温度稳调节剂、起泡剂、温度稳 定定剂、破胶剂等剂、破胶剂等 。压裂液交联环境压裂液交联环境：pH= 5.5-6.5 pH= 5.5-6.5 。发泡技术发泡技术：起泡剂浓度：起泡剂浓度0.4%0.4%，清水外相，清水外相2525，表面张力，表面张力23.6mN/m23.6mN/m，起泡效率大于，起泡效率大于450450。在静态。在静态5050下半下半衰期为衰期为2828分钟，在静态分钟，在静态8585下半衰期为下半衰期为1515分钟。当分钟。当泡沫外相为冻胶时，泡沫液更加稳定。泡沫外相为冻

10、胶时，泡沫液更加稳定。 （1）CO2压裂液体系压裂液体系压裂液体系压裂液体系三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术30%30%泡沫质量泡沫质量50%50%泡沫质量泡沫质量（2）CO2压裂液性能压裂液性能压裂液性能压裂液性能三、三、CO2压裂施工工艺技术原理压裂施工工艺技术原理vv交联环境：交联环境：pH=5.4pH=5.46.86.8vv交联温度：交联温度：55vv耐温能力：耐温能力：120120vv交联时间：可根据井况条交联时间：可根据井况条件调整件调整vv耐剪切稳定性：耐剪切稳定性：120120、170S170S-1-1、90min,90min,粘度粘度200mPa.S200mPa

11、.S。（2）CO2压裂液性能压裂液性能压裂液性能压裂液性能三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术（3）CO2泡沫压裂液摩阻特性泡沫压裂液摩阻特性CO2气化后形成泡沫，施工摩阻增加，CO2泡沫液的摩阻为清水的4570左右，当泡沫液中加入支撑剂后，随着支撑剂浓度增加，摩阻也相应增加，压裂液摩阻增加大于静液柱压力增加引起的施工泵压下降，表现出来是施工泵压上升。三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术（3）CO2泡沫压裂液摩阻特性泡沫压裂液摩阻特性 在室内实验、压力拟合分析的基础上，总结出CO2泡沫压裂液在不同施工排量、管柱下的施工摩阻。 三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术胡

12、侧5-114井，2108.1-2124.6m 88.9mm油管注入 n白58井，3580.8-3628.1m n60.3mm油管环空注入 （3）CO2泡沫压裂液摩阻特性泡沫压裂液摩阻特性三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术井号井号层位层位射孔井段射孔井段m储层厚度储层厚度m渗透率渗透率md射孔产量射孔产量104m3/d井口压力井口压力Mpa压后无阻流量压后无阻流量104m3/d备注备注联联112-2J2s380.61.5 388.83常规压裂常规压裂联联115-3J2s2418-246626.40.14数百方数百方2726泡沫压裂泡沫压裂联联115-2J2s2393-24051808

13、-162-4泡沫压裂泡沫压裂三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术4 4、滤失性能、滤失性能泡沫流体的降滤失性能泡沫流体的降滤失性能良好，在相同条件下，其滤良好，在相同条件下，其滤失系数比水、交联冻胶要小。失系数比水、交联冻胶要小。泡沫流体滤失系数低，泡沫流体滤失系数低，是由于它本身独特的结构决是由于它本身独特的结构决定了它具有良好的抗滤失能定了它具有良好的抗滤失能力，这是由泡沫的气相和液力，这是由泡沫的气相和液相之间的界面张力造成的。相之间的界面张力造成的。当泡沫流体进入微细孔隙时，当泡沫流体进入微细孔隙时，需要有较大的能量以克服表需要有较大的能量以克服表面张力和气泡的变形。面张力和

14、气泡的变形。 三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术5 5、不同温度下、不同温度下、不同温度下、不同温度下COCO2 2对原油粘度的影响对原油粘度的影响对原油粘度的影响对原油粘度的影响三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术6 6 6 6、目前国内、目前国内、目前国内、目前国内COCO2 2压裂工艺技术的限制：压裂工艺技术的限制：压裂工艺技术的限制：压裂工艺技术的限制：(1)(1)、施工规模；、施工规模；受二氧化碳罐车数量限制受二氧化碳罐车数量限制(2)(2)、施工压力、施工压力/ /井深；井深；受地层温度限制受地层温度限制由于CO2泡沫压裂工艺的上述技术限制，在深井(大于380

15、0m)和要求大规模的情况下，采用CO2段塞增能压裂，同样具有泡沫压裂低伤害、滤失小、返排快的优点。三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术7 7、COCO2 2压裂施工井场布置压裂施工井场布置压裂施工井场布置压裂施工井场布置1 1）COCO2 2设备的摆放应离其它设备和井口尽可能远，设备的摆放应离其它设备和井口尽可能远，COCO2 2增压泵和罐增压泵和罐车距离其它设备和井口至少车距离其它设备和井口至少15m15m。2 2）COCO2 2设备的摆放区域应远离工作人员区域并处于下风口。设备的摆放区域应远离工作人员区域并处于下风口。三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术7 7、COCO

16、2 2压裂施工井场布置压裂施工井场布置压裂施工井场布置压裂施工井场布置三、三、CO2压裂施工工艺技术压裂施工工艺技术8 8 8 8、 COCO2 2压裂优势压裂优势压裂优势压裂优势室内试验和现场实践证明，CO2压裂具有更好的增产效果，这主要是：n在压裂后，CO2可与地层水反应生成碳酸使体系的PH值降低，可减少对地层的伤害；nCO2体积膨胀系数是1:517, CO2液体转化为气体后膨胀的气体可以为地层增加能量将液体从裂缝中驱出;n可降低采出流体的表面张力最高降幅可达到5倍，加速压后的返排，是低压储层理想的液体；n加入CO2的压裂液产生的假塑性液体具有很好的传导性，在低渗油藏能很好地控制液体地滤失

17、；n压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大 ;n充满泡沫的液体极大地减少了与地层接触的液量，对地层造成伤害小，特别是对粘土含量高的水敏地层可减少粘土膨胀 ；nCO2泵注时为液体其静液柱压力高，可有效降低地面泵压。四、四、CO2压裂施工工艺选井选层原则压裂施工工艺选井选层原则根据CO2的特性，分析CO2压后的地层渗透率保持率及CO2对原油粘度的影响，结合目前中原压裂设备现状、已压裂井层的效果分析评价，总结CO2压裂井的条件：四、四、CO2压裂施工工艺选井选层原则压裂施工工艺选井选层原则地层压力系数低、能量不足、严重亏空、压裂液返排困难的产层。水敏性较严重的油气层。粘土矿物含量高，易发生敏感威

18、胁的产层。气藏产水造成水锁产气量低甚至不产气的井。井筒状况良好，套管完好、井况清楚。油气层深度一般小于4500m，地层温度小于145。五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况不同压裂工艺压后平均日增气对比2.681.790.6300.511.522.53CO2泡沫CO增能常规平均单井日增气（*104m3) 2004年以来，共实施年以来，共实施CO2 2增能增能/泡沫压裂泡沫压裂88井（层）。施工井深井（层）。施工井深824.0-4445.1m，最大压裂井，最大压裂井深深 4426.5-4445.1m(濮深濮深8井井)，压裂井段最大跨距，压裂井段最大跨距83.5m(部部1-2井井)

19、，平均压裂厚度，平均压裂厚度25 m，压裂井，压裂井最高最高地层温度地层温度157（濮深（濮深8井）。施工总液量井）。施工总液量6455.3 m3，平均，平均单井用液单井用液293.4 m3；共注入；共注入CO2 2 2254 t，平均单井注入平均单井注入CO2 2 102.5 t，单井单井最高注入最高注入CO2 2 140t（濮（濮153井）；加粉陶井）；加粉陶50.8 m3，中，中陶陶668.1 m3，平均单井加砂，平均单井加砂30.37 m3，平均砂比，平均砂比27.6%，平均排量，平均排量4.13 m3/min，平均破压，平均破压66.95 MPa ，压裂液返排压裂液返排80%平均时间

20、平均时间3.9天天。1 1、基本情况、基本情况五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况1 1、基本情况、基本情况工艺对比施 工 参 数平均施工井段(m)平均压裂厚度(m)平均单井用液(m3)平均单井加砂(m3)平均加砂强度(m3/m)平均砂比(%)平均排量(m3/min)平均破压(MPa)平均排液80%时间(d)常规压裂3970.6-4011.010.1257.227.72.8725.43.6666.110CO2压裂2980.0-4445.125293.430.373.427.64.1366.953.7 CO2压裂与常规压裂施工参数对比表压裂与常规压裂施工参数对比表五、五、CO2

21、压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况2 2、CO2压裂裂缝裂缝几何形状压裂裂缝裂缝几何形状与常规压裂相同吗？与常规压裂相同吗？井号东翼缝长(m)西翼缝长(m)裂缝高度(m)裂缝方位()产状濮153152.7157.453.659.6垂直桥94153.9169.115.648.8垂直胡117199.5204.430.653.1垂直裂缝监测成果表裂缝监测成果表 五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况通过分析濮通过分析濮153井压井压后测试资料，双对数后测试资料，双对数曲线呈曲线呈典型的双轨形典型的双轨形态，态，反映该层段经过反映该层段经过压裂形成较长裂缝，压裂形成较长裂缝，压裂

22、工艺成功。压裂工艺成功。3 3、压后测试资料、压后测试资料五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况4 4、排液效果评价、排液效果评价 压后压裂液的快速返排可以减小地层伤害，提高压裂效压后压裂液的快速返排可以减小地层伤害，提高压裂效果。常规压裂压后排液果。常规压裂压后排液80%所用的时间一般在所用的时间一般在10天以上，压天以上，压裂液在地层孔隙及裂缝中滞留时间长，造成地层伤害。裂液在地层孔隙及裂缝中滞留时间长，造成地层伤害。由于由于CO2 2所具有膨胀的特性，决定了所具有膨胀的特性，决定了CO2 2增能压裂比常规压增能压裂比常规压裂的压后裂的压后返排速度快、返排率高、对储层的伤害

23、小返排速度快、返排率高、对储层的伤害小。五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况5 5 5 5、效果对比、效果对比、效果对比、效果对比 桥口白庙气藏不同压裂工艺施工参数及效果对比表 气藏压裂工艺加砂强度(m3/m)平均砂比(%)排量(m3/min)平均单井日增气(104m3/d)桥口常规3.1422.63.960.0428CO2（8）2.2719.81.752.072.07白庙常规3.3725.53.420.96CO2 (6）2.1920.21.81.231.23五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况中原油田桥口、白庙气井中原油田桥口、白庙气井CO2增能增能/泡沫

24、与常规压裂效果对比泡沫与常规压裂效果对比桥口白庙油区工艺压裂井数(口)初产气(m3/d)单井累产(104m3/d)平均单井有效期(月)备注CO2泡沫618690377. 311.2CO2增能81373050. 82.92005年12月压裂常规146982104. 110.322004年压裂5 5 5 5、效果对比、效果对比、效果对比、效果对比五、五、CO2压裂工艺技术应用概况压裂工艺技术应用概况6 6、国内其它油田压裂效果、国内其它油田压裂效果孤孤孤孤北北北北古古古古1 1 1 1井井井井（胜胜胜胜利利利利油油油油田田田田）：COCOCOCO2 2 2 2段段段段塞塞塞塞增增增增能能能能压压压

25、压裂裂裂裂，井井段段4120.6-4120.6-4139.0m4139.0m，地地层层温温度度157157，施施工工方方式式卡卡封封护护套套，加加CarboCarbo陶陶粒粒53m53m3 3，COCO2 2 130t130t。5 5天天排液排液排液排液200200200200m m3 3，6mm6mm6mm6mm油嘴油嘴油嘴油嘴10.710.710.710.710104 4 m m m m3 3 3 3/d/d/d/d的天然气产量的天然气产量的天然气产量的天然气产量。探探探探井井井井丰丰丰丰深深深深1 1 1 1井井井井（胜胜胜胜利利利利油油油油田田田田）：沙沙沙沙四四四四段段段段4316.6-4343m4316.6-4343m4316.6-4343m4316.6-4343m，14.8m/2n14.8m/2n14.8m/2n14.8m/2n，2005200520052005年年年年11111111月月月月采采采采用用用用增增增增能能能能压压压压裂裂裂裂，注注注注CO2CO2CO2CO2量量量量130t130t130t130t。压压压压后后后后取取取取得得得得了了了了日日日日产产产产气气气气8 8 8 8104 m3/d104 m3/d104 m3/d104 m3/d、油、油、油、油70t/d 70t/d 70t/d 70t/d 的效果。的效果。的效果。的效果。