CO2泡沫压裂优化设计技术及应用

针对苏里格低压、低渗透气藏常规水基压裂液压后返排困难,导致储层水锁伤害的问题,研究利用CO2泡沫压裂来降低压裂液滤失,提高压裂液返排率,降低对储层的伤害。有针对性地研究了CO2泡沫压裂优化设计技术,包括:CO2泡沫压裂起泡技术、酸性交联技术、变泡沫质量和恒定内相设计技术等。现场应用表明,长庆苏里格气田气藏应用CO2泡沫压裂技术,可大大提高返排率,缩短压裂液返排时间,降低压裂液对气层的伤害,提高压裂效果。     

深部气藏CO２泡沫压裂工艺技术

泡沫压裂工艺技术是低压、低渗、水敏性地层增产增注以及完井投产的重要保障，国外在泡沫压裂（特别是在CO₂泡沫压裂）的室内研究、设计以及施工技术、返排技术和压裂效果的现场评价等方面均已比较成熟。由于CO₂的特殊性质，其在压裂改造技术中所占的份额将越来越大，在深井压裂改造中亦是如此。我国有许多低压、低渗、水敏性地层以及投产多年的老井需要进行压裂改造。为此，系统地介绍了CO₂的基本性质、CO₂泡沫压裂的增产机理及CO₂泡沫压裂工艺技术，并对中原油田深部气藏的现场施工结果进行了详细地分析，所采用的CO₂泡沫压裂较普通的压裂改造效果更好，可作为低渗透气藏开发的一种有效措施。     

CO2泡沫压裂工艺技术在川西低渗致密气藏的应用

新场气田上沙溪庙组气藏属中孔、低渗孔隙性储层,孔隙喉道小,水敏性较强,压裂液返排排驱压力高,压裂液返排困难,易形成水锁伤害,采用常规压裂工艺技术难以获得理想的增产效果;为此研究并现场应用了CO2泡 沫压裂技术,现场试验表明CO2泡沫压裂技术能减少进入地层的水基压裂液量,提供地层液体返排的能量,达到了压裂液自喷、快速、多排的目的,从而降低了压裂液对储层的二次伤害,提高了低渗透致密气藏的压裂效果。
     

自生热类泡沫压裂液在川西地区J3ｐ气藏的应用

川西地区J₃ｐ气藏温度低，压裂液破胶困难，甚至不能完全破胶，对储层伤害大，且容易引起支撑剂回流，降低裂缝导流能力和刺伤井口排液或输气油嘴，给测试及输气生产带来安全隐患；储层渗透率低，孔隙结构差，孔隙喉道微小，黏土矿物含量高，滤失极易导致储层伤害；气藏压力低，残液返排率低，对储层伤害大。自生热类泡沫压裂液能通过化学反应在地层中产生大量的热能和气体，使地层温度升高，促成冻胶压裂液快速而彻底破胶；产生的气体能形成泡沫，并优先占据储层岩石的孔隙和喉道而降低滤失；形成的高温气体具有自动气举作用，使残液返排率显著提高。因此，自生热类泡沫压裂液能有效解决低温低压气藏压裂改造中的储层伤害问题，应用于川西J₃ｐ气藏压裂改造效果良好，值得推广应用。     

提高低压气藏改造效果的关键技术——以川西LD气田为例

川西LD气田为典型的低压低渗透致密气藏,该类气藏因地层压力低,加砂压裂改造时压裂液滤失量大,返排速度慢,返排率低,导致储层及裂缝受到伤害而影响改造效果,使依靠压裂建产的LD气田的稳产形势面临巨大挑战.通过室内实验,研制了低质量分数的稠化剂增能压裂液体系,降低了压裂液残渣对储层的伤害,结合储层地质特征,在液氮增能设计方法优选及施工关键参数计算方法研究的基础上,形成了液氮增能压裂技术,提高了压裂液的返排速率和返排率,最终形成了提高LD气田低压气藏改造效果的关键技术.现场10口井l8层的应用结果证实,气井返排速率明显加快,压裂后平均测试时间由前期的10 d缩短到2 d,气井见气点火时间明显缩短,平均产气量为0.7623×10(4) m3/d,比2008年增加了0.5495×10(4) m3/d,有效实现了低压气藏低伤害压裂,为低压气藏开发提供了有效手段.     

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。     

致密碎屑岩气藏低伤害压裂液的研究与应用

随着川西蓬莱镇组气藏开发的深入,地层能量不断下降,压裂过程中返排率低,压裂液滤液侵入地层,伤害严重,制约了浅层蓬莱镇组气藏的高效开发。为了降低压裂液对储层的伤害,提升气藏的开发效益,在对压裂液性能需求进行研究的基础上,提出了降低压裂液对储层伤害的技术对策,形成了适合于川西浅层蓬莱镇组气藏的超低浓度稠化剂压裂液体系和线性自生泡沫压裂液两套低伤害压裂液体系,并在川西蓬莱镇组进行了推广应用。返排率分别达到了65.1%和61.9%;压后平均产能分别为0.81×104m3/d和1.45×104m3/d,取得了明显的增产效果。     

新型泡沫压裂液研究及应用

针对川西中浅层低温低压低渗及难动用地层面临的压后返排困难、储层伤害大的问题,通过开展降低地层污染、补充地层能量、提高液体返排速度的技术研究--延迟自生热压裂技术,取得了良好的应用效果。该技术利用生热剂体系混合发生化学反应,放出热量和大量的惰性气体,在地层中形成泡沫压裂液,产生自动升温、增压助排、降滤失的作用,相对早期自生热类泡沫压裂液,具有泡沫体积大、稳泡时间长、泡沫携液能力强、析液少、低腐蚀等优点。结合现场试验认为,自生热压裂技术是一种能提高压裂液返排率,减小地层污染,改善储层渗流能力,增加压后产能的高效经济开发手段。     

低残渣CO2泡沫压裂液在苏里格低压低渗气藏的应用

针对苏里格地区低压低渗气藏压裂施工后返排困难的问题,通过分子结构设计,合成了一种易降解的多元共聚物CLT-1,形成一套低残渣CO₂泡沫压裂液体系,评价了该体系的携砂性能、耐温耐剪切性能等。实验结果表明,在酸性条件下,0.4% CLT-1按100：0.6交联后形成的冻胶泡沫具有良好的携砂性能;在100℃、170S^-1条件下剪切2h后表观粘度为110 mPa·s,破胶时间小于2h,能够满足现场压裂施工要求。破胶后残渣含量为73mg·L^-1,可有效减小对地层裂缝导流能力的伤害。采用变泡沫质量法进行施工,共注入二氧化碳154.5m³,加砂37.6m³,最高砂比22.2%,总施工排量4.0-4.3m³/min。施工结束后24h内返排率达到49.2%,求产后无阻流量31.1×10⁴ m³/d,达到了快速自喷的目的,取得了良好的措施改造效果。采用低残渣交联压裂液体系进行CO₂泡沫压裂施工能够有效提高低压低渗气层的产气量。     

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。     

干法压裂技术在实施中的经济分析

干法压裂采用了无水无伤害性液体CO₂作为挟砂剂，避免了对地层渗透率的负面影响，无需担心对地层的潜在伤害。其中CO₂在泵入过程中为液态，可以携带砂子，而在返排的过程中完全气化，不会在地层中造成水或其它化学有害物质的遗留，所以干法压裂特别适合于低渗水敏储层的开发，但是由于干法压裂过程中的费用较大，而且所用二氧化碳量大，其压裂投资大于氮气压裂和氮气泡沫压裂工艺。文章对干法压裂、氮气压裂和氮气泡沫压裂三者之间在开发低渗水敏气层时的净现值进行了比较，研究结果表明，虽然干法压裂初期投资较大，但由于干法压裂可提高通流能力，产量高，且井维护费用较低，使干法压裂比另外两者的经济性更高。从压裂完成后5年内的产量可以看出，实施干法压裂的井累积产量依然是最高的，分别为N₂气压裂、N₂泡沫压裂累积产量的2倍和4倍。     

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低渗储气藏通常具有低孔、低渗、低压、强水锁等特性，减少外来液体侵入储层，加快压裂液返排，提高压裂液返排率，将直接影响压后的单井产量。文章针对鄂北塔巴庙地区上古生界气藏石盒子组盒1段和山西组山1段，在充分认识储层地质特征的基础上，对N₂增能水基压裂液进行了大量的室内研究，尽可能降低由于压裂液侵入储气层而造成的伤害。同时，通过现场实施表明，该压裂液配方体系能较好地满足压裂工艺及储层的物性，提高了压后压裂液返排率，取得较好的单井产量。     

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小型压裂是认识储层特征、为主压裂设计和修改提供依据的一种重要手段。但是对于气藏特别是低渗气藏，考虑到储层伤害及排液影响，进行小型压裂测试的机会不多。文章介绍了小型压裂和主压裂技术在我国某低渗气藏的应用情况，并通过小型压裂的井温曲线分析、小型压裂净压力拟合分析、主压裂净压力拟合分析，提出必须要将小型压裂与主压裂资料综合分析，才能做到既认识储层，又达到了优化压裂设计的目的。同时还研究了两种压裂方式对裂缝垂向延伸的影响。     

页岩气压裂返排液中表面活性剂对处理剂配方的影响

页岩气开发后期常采用泡排工艺,其产生的泡排废水与压裂返排液混合后,引入的表面活性剂会大大增加水体处理难度,现有水处理工艺无法满足现场需求,为降低压裂返排液处理难度,有必要从源头重新寻找解决办法。从处理剂PAC的角度重新研究了泡排用表面活性剂的选择,以川南压裂返排液为研究对象,考察了4类表面活性剂对处理剂PAC的影响,同时测定悬浮物Zeta电位以研究影响规律,接着进行了起泡性评价,最终优选出对絮凝影响较小且起泡性良好的表面活性剂。现场应用结果表明,表面活性剂对PAC影响的顺序为阴离子型>非离子型>两性离子型≈阳离子型,十二烷基乙氧基磺基甜菜碱为最佳表面活性剂。现场泡排工艺采用后,满足泡排要求的同时可使下游压裂返排液处理剂PAC日均浓度从400~600 mg/L降低至300~400 mg/L,应用效果良好且具有进一步推广应用的价值。     

高庙气田砂岩气藏水平井分段压裂技术研究与应用

川西地区高庙气田沙一气藏储层低渗致密,受窄河道控制,井位部署空间受限,水平井压后返排时间长,返排率通常较低。为高效经济地开采储量,通过川西地区近几年的水平井压裂实践,研究应用了裂缝参数优化技术+脉冲式柱塞加砂技术+超低密度支撑剂+K344封隔器的组合技术。通过裂缝参数优化技术分析合理的裂缝间距和裂缝导流能力,采用脉冲式柱塞加砂技术和超低密度支撑剂可形成更加有效的裂缝支撑剖面,应用K344封隔器分段压裂增加返排通道,以降低对储层的伤害。该组合技术在沙一气藏进行了两口水平井的先导性试验,施工成功率100%,24小时内返排率均达到60%以上,增产效果显著。     

地下自动发泡的新型类泡沫压裂液研究及现场应用

随着川西新场气田中浅层低渗透气藏采出程度的增加,地层压力越来越低,采用常规压裂液施工滤失伤害严重,返排困难,压裂增产效果变差。为了解决上述难题,开发出了一种地下自动发泡的新型类泡沫压裂液。这种新型压裂液自动升温增压、地下自动泡沫化形成类似"泡沫压裂液"的混合物,具有优良的携砂性能、降滤失性能、破胶性能,自动增压助排,用于低压气井自喷返排率高,伤害率低。它兼具泡沫压裂液的优点和常规水基压裂液的经济性,腐蚀性低,施工方便,在8口井中获得成功应用,自喷返排率高,增产效果好,为川西中浅层剩余难动用储量的压裂开发提供了一种新的技术手段,在低压低渗油气田具有广阔的推广应用前景。     

二氧化碳泡沫压裂效果评价

为评价二氧化碳泡沫压裂效果，指导压裂优化设计，提高选井、选层的成功率，从二氧化碳相态变化和增能原理出发，全面分析了二氧化碳压裂返排速度、压力降落特点及增产效果，认为二氧化碳泡沫压裂返排速度快，放喷为排液主要阶段；排液求产过程中地层压降小，地层能量损失少；给出了二氧化碳泡沫压裂适用的储层条件。     

白庙凝析气藏压裂工艺技术研究与应用

针对白庙气田反凝析严重 ,储层物性差 ,具有低孔、低渗、压裂难度大的特点 ,研究了压裂液和施工参数对气田压裂效果影响。通过优选适合该地区的低伤害压裂液 ,减少液体对储层的伤害 ;采用压前进行小型压裂测试 ,提高压裂设计参数的准确性 ;应用复合压裂工艺技术、前置液中加入支撑剂段塞及裂缝强制闭合技术 ,在施工过程中采用分段破胶和保护地层 ,以及撬装制氮气举排液等技术 ,大大提高了白庙气田的施工成功率和压裂效果。