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一、概述二、CO2的相态特征及发泡条件三、CO2泡沫压裂液技术四、CO2泡沫压裂工艺技术五、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30～52%，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60～85%，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

2、率高，但由于水基压裂液用量少，施工中提高砂比有一定难度，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3400～3650m，包括8个含气层，单层厚度在8～43m之间，有效厚度

3、为5～17m，孔隙度为7～8%，平均渗透率为0.15×10-3μm2，平均含水饱和度为30%。施工所使用的60%CO2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

4、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CO2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1300～1420m，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(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

5、特征CO2的相态特征曲线（1）CO2的相态特征CO2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）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。在温度-30°F，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

6、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。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

7、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、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

8、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