CO2泡沫压裂液的研究及现场应用

在水力压裂过程中，由于向地层中注入大量的压裂液，对地层造成了一定程度的伤害，特别是低渗透油藏压裂液对地层的伤害更加严重，从而影响了增油效果。由于CO2泡沫压裂液具有滤失量低、返排能力强、与地层流体配伍性良好等优点，采用CO2泡沫压裂技术，可减小压裂液对地层的伤害。经过对CO2泡沫压裂液的各种添加剂进行优选与评价，确定了适合低渗油藏使用的CO2泡沫压裂液体系，并对其综合性能进行了评价。结果表明，CO2泡沫压裂液体系具有泡沫质量高、稳定性好、半衰期长、粘弹性大的特点，并有良好的耐温耐剪切性能和流变性能，破胶彻底，界面张力低，对储层伤害小，可以满足低渗、低压油气藏压裂施工的需要。CO2泡沫压裂液在吉林油田和大庆油田的低渗透油碱中进行应用．取得了良好的效果。     

二氧化碳泡沫压裂液性能研究

对低压、低渗、水敏地层采用CO2泡沫压裂技术,起到增产增注效果。泡沫压裂由于具有地层伤害小、返排迅速、滤失低、粘度高、摩阻低以及携砂能力强等优点,因而在以上储层的改造中得到了广泛应用。研究了影响CO2泡沫压裂液性能的主要因素,如泡沫质量、温度、压力、稠化剂、酸性交联剂,并对CO2泡沫压裂液性能进行了评价。     

CO2泡沫压裂液在裂缝中的两相流动研究

CO2泡沫压裂液具有油层伤害低、滤失量小、返排能力强等特点，不仅能在高渗透地层压裂中应用，在低渗透油气田的开发中也起到了关键性的作用。通过矩形裂缝实验系统研究了不同流体特性、不同流速、不同泡沫干度条件下CO2泡沫压裂液的两相流阻力特性，提出了两相流阻力的泡沫干度修正系数。在低粘度下，CO2泡沫压裂液在矩形裂缝中的两相流动阻力随流速和泡沫干度的增大而增大；在高粘度和高泡沫干度下，两相流阻力特性曲线相当于低流速区阻力特性曲线沿流速坐标轴向高流速区的平移，表明在该条件下的CO2泡沫压裂液在裂缝中能更好地满足高摩阻悬砂、低摩阻返排的压裂工艺要求，为泡沫压裂液性能的评估以及合理选择钻呆压裂参数提供依据。     

CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液研究与试验

目前常用的压裂液存在与非常规油气储层配伍性差、破胶返排困难和容易对储层造成二次伤害等问题,无法满足非常规油气井压裂施工的需求。为此,结合清洁压裂液和泡沫压裂液的特点,研制了新型双子表面活性剂WG-2,形成了一种CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液,并对其综合性能进行了评价。评价结果表明:该压裂液具有较强的泡沫稳定性、良好的耐温抗剪切性能、黏弹性能、携砂性能、破胶性能和低伤害特性。CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液在X-3井进行了现场试验,该井压裂施工过程顺利,压裂后的日产油量是采用羟丙基胍胶压裂液邻井X-4井的2倍多,增产效果显著。室内与现场试验结果表明,该压裂液能够满足非常规油气储层的压裂施工作业,具有良好的推广应用前景。      

CO2泡沫压裂在煤层气井中的适应性

CO2泡沫压裂液由于对储层伤害小、返排能力强、滤失量小和携砂能力强等特点,在油气田,特别在低压、水敏性储层中得到应用.CO2泡沫压裂液与常规水基压裂液最大的差异是交联环境的不同.常规水基压裂液是在碱性环境下交联、酸性环境下破胶,而CO2泡沫压裂液则要求在酸性环境下交联.为使稠化剂在酸性条件下能形成良好的冻胶,开发研制出了AC-8酸性交联剂,并通过室内研究,形成了CO2泡沫压裂的配套技术.现场应用表明,CO2泡沫压裂液是一种优质低伤害压裂液体系,该体系粘度高,滤失量低,能够清洁裂缝,对地层损害小,易返排,能够满足煤层气井的压裂施工.     

CO2泡沫压裂液性能评价

CO2泡沫压裂液是压裂液体系的一个重要组成部分,在低压、水敏地层的压裂改造中,CO2泡沫压裂液比其它压裂液体系优异.经优选,确定CO2泡沫压裂液实验基础配方为:(0.65%～0.70%)GRJ改性瓜胶 1.0%FL-36起泡剂 0.1%杀菌剂 0.3%DL-10助排剂 1.0%KCl粘土稳定剂 (0.003%～0.06%)过硫酸铵 1.5?-8酸性交联剂.并对泡沫质量为50%～70%压裂液体系的剪切性能、耐温性能、流变参数、粘温性能、破胶与残渣、破胶液的表观性能和岩心伤害进行了评价.结果表明,CO2泡沫压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能和流变性能,携砂能力强,对储层岩心伤害小,可以满足大多数泡沫压裂施工的需要.     

CO2泡沫压裂工艺技术在中原油田的实践

针对中原油田开发后期的低压、水敏油气层的特点，对CO2、CO2泡沫压裂液的主要特性以及CO2泡沫压裂工艺技术的主要特点进行了探索。CO2泡沫压裂设计应充分考虑温度和压力对CO2相态变化的影响，应优化施工管柱，最大限度地降低施工压力，应开发多种抗高温、酸性环境交联的压裂液体系，以更加适应中原油田CO2泡沫压裂施工需要。因泡沫压裂液滤失量小，所以施工排量不宜太高，一般以不低于3．2m^3／min为宜。在CO2泡沫压裂液、CO2泡沫压裂优化设计、现场施工质量控制等方面取得了较大的进展，在现场取得了较好的应用效果。     

AL-1酸性交联CO2泡沫压裂液研究与应用

CO2泡沫压裂液是一种高效、低伤害的压裂液体系,在低渗、低压、水敏性油气层的压裂改造中作用显著.针对羟丙基瓜胶(HPG)的分子结构特点和酸性交联环境,研制出了AL-1酸性交联剂.通过对CO2泡沫压裂液的各种添加剂进行优选和评价,确定了AL-1酸性交联CO2泡沫压裂液的典型配方,并对该体系的综合性能进行了评价.评价结果表明,该泡沫压裂液具有起泡能力强、泡沫稳定性高、耐温抗剪切性好、滤失低、对岩心伤害小等特点,可以满足低渗、低压气藏的压裂施工要求.该体系已经在苏里格气田完成了2口天然气井的试气压裂作业,取得了较好的增产效果.     

低伤害压裂液在扶杨油层的应用

介绍了CO2泡沫压裂工艺和清洁压裂液的机理及其特征。CO2泡沫压裂工艺水基液用量少，残渣绝对含量低，具有很强的返排能力，有利于减缓排液过程中压力降落；清洁压裂具有无固相颗粒的特点，加上表面活性剂的作用大大降低了对地层的伤害，使低孔低渗型储层压裂后能够大幅度提高产能。通过对肇源-裕民四口井现场应用效果分析，阐明CO2泡沫压裂液和清洁压裂液适用于低孔低渗储层改造的需求。     

长庆上古生界气藏CO2泡沫压裂技术研究

初步形成适合长庆上古生界低渗、低压气藏的气井(井深4000m以内)CO2泡沫压裂工艺技术。在压裂液体系的室内研究中，选用羟丙基胍胶作为交联的增稠剂，研究合成了AC—8酸性交联剂，使压裂液在酸性条件下有较高的黏度和携砂能力，优选出在清水中发泡性能较好的YFP—1发泡剂和CQ—A1、DL—10助排剂。现场压裂施工通过增大CO2用量来增加施工规模，通过提高基液浓度，通过添加表面活性剂以保证压裂液与液体CO2完全混合并乳化，以及保持压裂液一定排量来保证实现较高砂比。现场试验19井次，14井次增产效果明显。与常规水基压裂液相比，CO2泡沫压裂液的返排率提高近50％、返排时间缩短了近40h、对地层的伤害率(平均为48．51％)降低了近30％。     

泡沫压裂摩擦压降计算模型的建立

泡沫压裂由于具有地层伤害小、返排迅速、滤失低、黏度高、摩阻低以及携砂能力强等优点,因而在低压、低渗、水敏等特殊储层的改造中得到了广泛的应用。泡沫压裂液在井筒中的流动与常规压裂液相比,主要体现出两方面的不同：一是由于泡沫压裂液中气相的存在,使得泡沫压裂液是可压缩流体,其密度是井深的函数,摩擦系数也随之发生变化;二是泡沫压裂液在井筒中既可以单相流的形式也可以多相流的形式流动,因而常规压裂液的摩阻计算方法不再适合于泡沫压裂液的摩阻计算。为此,建立了泡沫压裂井筒摩擦压降计算模型,在计算模型中,根据“体积恒等”原理,改进了摩擦系数的求解方法。并选用某口泡沫压裂施工井进行了实例计算。     

CO2泡沫压裂井筒气-液-固三相流动模型

CO₂泡沫压裂技术具有低伤害、易返排、节约水资源等优点,已被广泛应用于非常规油气开采,但目前CO₂泡沫压裂液井筒流动模型大多只考虑气、液两相,忽略了支撑剂固相对CO₂泡沫压裂液流动性的影响。通过体积平均法将支撑剂固相与CO₂泡沫耦合建立气-液-固三相CO₂泡沫压裂液井筒流动计算模型,并与现场压裂井实测温度数据对比,温度平均误差仅为2.7%,验证了模型的正确性。实例计算表明:支撑剂固相会使CO₂泡沫压裂液井筒压力升高,井筒内温度和压力随支撑剂体积浓度的增加而增大,体积分数从0增加到0.3,井底压力增大9.0 MPa;泡沫质量增加会明显增大井筒内CO₂泡沫压裂液温度;增大质量流量会导致温度和压力降低,质量流量增加10 kg/s,井底压力降低5 MPa、温度降低0.4℃。研究成果可以实现CO₂泡沫压裂井筒气-液-固三相流动温度和压力等参数耦合计算。     

压裂液悬砂及支撑剂沉降机理实验研究

压裂液的携砂性能优劣直接影响着支撑剂在裂缝中的输送铺置效果及压后裂缝的有效导流能力。研制了“XS-I型”压裂液悬砂及支撑剂沉降物理模拟实验装置;开展了3种陶粒支撑剂（70/140目、40/70目、30/50目）在SRFP-1型压裂液中的悬砂特性研究,分析了支撑剂在携砂液中的沉降量、沉降速率以及二者随沉降时间的变化规律,得出影响压裂液悬砂性能的主控因素。实验研究表明,携砂液中支撑剂沉降分为快速沉降、缓慢沉降、稳定平衡3个阶段。压裂液黏度是影响压裂液悬砂性能的最主要因素,其次是支撑剂粒径、携砂液砂比。低黏度压裂液仅对70/140目支撑剂有一定悬浮能力（支撑剂充分沉降时间10～20 min）,对40/70目和30/50目的支撑剂悬浮性能较差（支撑剂充分沉降时间仅为1.0 min～5.5min）,整体悬砂能力较差。中黏度压裂液对70/140目支撑剂悬浮效果好（仅有9.9%～11.1%的支撑剂沉降）,在小于15%砂比下对40/70目及30/50目支撑剂有较好的悬浮能力（支撑剂充分沉降时间80 min～240 min）。中高黏度压裂液中,大粒径（30/50目）支撑剂在高砂比（25%～30%）条件下加入,也仅有12%～13.1%的支撑剂沉降,悬砂性能优,适宜作为主加砂阶段的携砂液。研究结果丰富了压裂液悬砂能力测试方法及支撑剂优选评价手段,为压裂液、压裂施工参数的优化及支撑剂的优选,提供基础数据依据。      

气悬浮支撑剂技术在长庆致密气压裂中的应用

滑溜水压裂液对致密储层伤害较低,但携砂能力弱,难以实现高砂比、长距离携砂,造成支撑缝面积远低于改造缝面积。通过气悬浮支撑剂技术,对支撑剂表面进行特殊改性,使其具有吸附气泡的能力,吸附气泡后的支撑剂体积密度大幅降低,运移能力大幅增强。室内实验表明,经气悬浮剂改性的20/40目及以下粒径的支撑剂,在常温、常压、黏度为15 mPa·s的滑溜水中可100%悬浮,观察2 h无沉降。动态输砂实验表明支撑剂在裂缝中呈整体均匀铺置,高温高压条件下气泡仍能对支撑剂有效悬浮。岩心伤害实验表明,破胶液和含气悬浮剂的破胶液对岩心渗透率的伤害率接近,且均低于10%,说明气悬浮剂不会对储层带来明显的附加伤害。该气悬浮支撑剂压裂技术在长庆油田鄂尔多斯盆地东部致密砂岩气藏开展了7口井先导实验,以黏度9～15 mPa·s的滑溜水在5 m³/min排量下施工,压后产量为邻井常规压裂的1.2～1.9倍。气悬浮支撑剂将对压裂液黏度的需求从40～80 mPa·s的线性胶降至10 mPa·s左右的滑溜水,大幅降低了对压裂液黏度的依赖,从而降低了储层伤害,同时增加裂缝铺置效率,有利于提高单井产量及开发效益。     

中国致密砂岩气藏勘探开发关键工程技术现状与展望

中国致密砂岩气藏具有低孔低渗、裂缝发育、局部超低含水饱和度、高毛管压力、地层压力异常、高损害潜力等工程地质特征。经过10多年持续攻关，已经形成了裂缝性致密砂岩气藏保护屏蔽暂堵技术系列、气体钻井及全过程欠平衡完井保护技术系列，成功试验了CO2泡沫压裂液体系、N2增能压裂液体系和低摩阻高黏度瓜胶有机硼冻胶压裂液大排量套管注入的大型压裂工艺。实践证明，贯彻储集层保护与改造并举的方针，实现全过程储集层保护是致密砂岩气藏及时发现、准确评价和经济开发的重要保证。建议加强致密砂岩岩石物理学基础研究，重视水平井及特殊工艺井的钻井及完井储集层保护配套技术应用，大力提高增产改造技术的适应性，形成针对不同类型致密砂岩气藏的配套技术系列。参42