CO2泡沫壓裂技術(shù)介紹

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1、CO2泡沫壓裂技術(shù)介紹目錄一、概述二、CO2的相態(tài)特征及發(fā)泡條件三、CO2泡沫壓裂液技術(shù)四、CO2泡沫壓裂工藝技術(shù)五、CO2泡沫壓裂現(xiàn)場應(yīng)用(1)CO2泡沫壓裂技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀CO2壓裂技術(shù)分為CO2增能壓裂、CO2泡沫壓裂、純CO2壓裂三種。泡沫質(zhì)量也稱泡沫干度，它表示氣相在泡沫中的體積百分?jǐn)?shù)。CO2增能壓裂的泡沫質(zhì)量一般為30～52%，優(yōu)點是施工簡便，CO2主要用于提高返排能力，應(yīng)用較大規(guī)模的壓裂。CO2泡沫壓裂的泡沫質(zhì)量一般為60～85%，優(yōu)點是水基壓裂液用量少，對地層和裂縫傷害小，氣泡呈連續(xù)相、粘度高、攜砂性能好，返排

2、率高，但由于水基壓裂液用量少，施工中提高砂比有一定難度，并且施工壓力偏高。純CO2壓裂是采用液態(tài)CO2為壓裂液，即100%CO2壓裂，優(yōu)點是對地層無傷害，返排迅速、徹底，但由于液態(tài)CO2壓裂受施工規(guī)模和井深的限制，并且需要專門的密閉混砂車，因此不適合中、大規(guī)模的壓裂改造。一、概述一、概述(2)國內(nèi)外CO2壓裂應(yīng)用情況1986年在聯(lián)邦德國的費(fèi)思道爾夫的石炭系士蒂凡組氣藏的壓裂改造中成功地使用了60%CO2泡沫壓裂液，使天然氣產(chǎn)量增加了近12倍。該氣藏埋深在3400～3650m，包括8個含氣層，單層厚度在8～43m之間，有效厚度

3、為5～17m，孔隙度為7～8%，平均滲透率為0.15×10-3μm2，平均含水飽和度為30%。施工所使用的60%CO2泡沫壓裂液（液相中使用了30%甲醇和70%KCl水）對儲層的傷害比以前使用的油基壓裂液和常規(guī)的水基壓裂液都低，并且獲得了3000m3/h的天然氣產(chǎn)能。在國內(nèi)，四川石油管理局于1985年開始泡沫酸液的基礎(chǔ)研究和泡沫酸酸化施工技術(shù)的研究；用于具體實施是在1988年5月4日，遼河油田與加拿大合作進(jìn)行了全國第一口氮?dú)馀菽瓑毫丫脑O(shè)計、施工，并獲得成功。遼河油田及大慶油田先后進(jìn)行了氮?dú)鈮毫咽┕?。由于試驗設(shè)備、裝備和工藝

4、技術(shù)還有待進(jìn)一步完善，國內(nèi)泡沫壓裂技術(shù)進(jìn)展緩慢。吉林油田由于有豐富的二氧化碳資源，于1997年引進(jìn)了美國SS公司的CO2泡沫壓裂設(shè)備，并針對其油田主要進(jìn)行了油層吞吐和CO2助排增能壓裂工藝技術(shù)的實施。至1998年，吉林油田共壓裂油井69口，氣井5口(合隆氣田)；吉林合隆氣藏井深1300～1420m，采用線性膠泡沫壓裂。長慶油田1999年在靖安油田進(jìn)行了3口井CO2泡沫壓裂試驗，2000-2003年在長慶氣田24口井進(jìn)行了27次CO2泡沫壓裂。一、概述(3)國內(nèi)CO2壓裂應(yīng)用情況二、CO2的相態(tài)特征及發(fā)泡條件（1）CO2的相態(tài)

5、特征CO2的相態(tài)特征曲線（1）CO2的相態(tài)特征CO2和水一樣存在三態(tài)。在-56.6℃和0.531MPa（絕對）的條件下，CO2的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)同時存在，即為CO2的三態(tài)點。低于0.531MPa（絕對）CO2以固體（干冰）或是氣體的形態(tài)存在；高于30.6℃和7.5MPa（絕對）的條件下，CO2以氣體的形態(tài)存在。在溫度-30°F，壓力2000psi（-17℃，2.1MPa）條件下，CO2可以運(yùn)輸和儲存，采用專用的CO2密閉運(yùn)輸車運(yùn)輸，將液態(tài)CO2泵入專用設(shè)備而與支撐劑混合，就可以完成壓裂作業(yè)。壓裂一旦完成，在油藏條件下（遠(yuǎn)大于

6、31℃），變?yōu)闅鈶B(tài)，帶動殘余壓裂液返排出地表。（2）CO2在井筒及地層中發(fā)泡條件分析CO2運(yùn)輸和儲存的條件下是-17℃溫度和2.1MPa壓力，壓裂過程中壓力超出臨界壓力，只是在井筒泵入一定量的低溫壓裂液后溫度較低，無法滿足CO2以氣體的形態(tài)存在，也就是CO2與壓裂液混合不具備發(fā)泡條件而不能發(fā)泡。例如，假如壓裂液和CO2混合的比例為1：1，如果壓裂液的溫度為10℃，那么，壓裂液和CO2混合后，混合液的溫度大大降低，顯然，CO2壓裂液在混合處不能發(fā)泡。但是由于地層溫度遠(yuǎn)高于地面溫度，隨著壓裂液沿井筒進(jìn)入地層，溫度逐漸上升，CO2

7、的溫度可能高于30.6℃，這樣CO2以氣體的形態(tài)存在，也就是CO2壓裂液具備了能發(fā)泡的條件。(1)CO2泡沫壓裂的優(yōu)點為壓后工作液返排提供了氣體驅(qū)替作用。氣態(tài)的CO2能控制液體濾失，提高壓裂液效率。減少了水基壓裂液的用液量。CO2與水反應(yīng)產(chǎn)生碳酸，有效地降低了系統(tǒng)的總pH值，降低了壓裂液對基質(zhì)的傷害。降低了壓裂液的表面張力，有助于壓裂液的迅速反排等特點。三、CO2泡沫壓裂液技術(shù)（2）CO2泡沫壓裂液的基本要求★泡沫的穩(wěn)定性★泡沫粘度與流變特性★濾失特性★助排能力★低傷害特性★泡沫的穩(wěn)定性泡沫流體是一種不穩(wěn)定體系。泡沫穩(wěn)定性是

8、泡沫壓裂液的基本特性。提高穩(wěn)定性的主要途徑有：a.選用合適的起泡劑，降低液相表面張力，有利于泡沫的形成，并增加液膜的強(qiáng)度和彈性；b.利用多種表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)，添加穩(wěn)泡助劑；c.提高液相粘度及采用交聯(lián)技術(shù)，形成凍膠表層，增加液膜的粘彈特性，降低液膜的排液速率；d.提高泡沫質(zhì)量，以便氣泡相