超临界CO2压裂技术现状与展望

以水基压裂液开发非常规油气过程中所面临的问题为背景，总结了超临界CO₂压裂技术的独特优势、技术特点、工艺流程及其作业机制。全面分析了超临界CO₂压裂技术的起源、超临界CO₂压裂岩石起裂机制、缝内携砂规律、井筒流动与控制、压裂设备及现场试验等研究发展现状，得到了当前阻碍该技术工业化应用的关键问题，并给出了相应对策。针对超临界CO₂压裂岩石起裂机制的研究多为现象性描述，未来应重视理论分析与模拟实验相结合，给出定量评价方法；超临界CO₂缝内携砂能力的研究除了加强增黏剂方向的攻关力度外，研发纳米纤维实现物理增黏、开发新型低密度支撑剂、提高施工设备技术参数等也是有益的工作。未来超临界CO₂压裂技术将逐渐由直井单层压裂向水平井多级压裂发展并与连续油管拖动压裂相结合，逐渐满足页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气的规模化开发需求。     

超临界CO2压裂裂缝特征研究现状与展望

为加强对超临界CO2压裂裂缝特征的认识,指导超临界CO2压裂技术的发展,总结了前人对超临界CO2起裂、扩展和导流能力特征的研究.结果表明:超临界CO2压裂裂缝起裂压力比液态和清水压裂低,其主导原因是超临界CO2的低黏度和高扩散性使孔隙压力增大起裂压力降低;超临界CO2压裂裂缝扩展影响因素复杂,主要受CO2相变、岩石弱面...     

超临界二氧化碳无水压裂新技术实验研究展望

超临界二氧化碳是一种介于气体和液体之间的流体,密度接近于液体,而黏度接近于气体;它的表面张力很低,扩散系数高,具有很强的渗透能力,能渗透到岩石中的天然微裂缝,压裂中有利于复杂网络裂缝的形成,而且能置换被岩石吸附的烃类,使其变成游离态而有利于油气的增产与产出;超低的表面张力有利于液体的返排,从而降低油气层的伤害。因此,将超临界二氧化碳流体作为压裂液进行压裂改造,是二氧化碳干法压裂的一种发展方向,不仅可以节约水资源,还具有返排率高,储层伤害小,增产潜力大等特点。实验研究表明,超临界二氧化碳压裂的破裂压力比清水和液态二氧化碳压裂的破裂压力低,并且其分形维数和声发射源到平面(源到该平面距离平方和最小)的平均距离大,更容易产生波状的裂缝和裂缝分支,有利于形成复杂的网络裂缝,特别适合页岩气的增产改造和有效开发。     

塔河油田超临界CO2压裂井筒与裂缝温度场

采用超临界CO_2压裂技术能较好地改造塔河油田水敏、低渗储层,而压裂过程中井筒和裂缝温度场对CO_2物性参数影响较大,需要对CO_2压裂温度场进行研究。考虑径向非稳态传热、轴向非稳态对流以及摩擦力、黏滞力的影响,推导了井筒温度、压力方程,结合K-D-R方法和CO_2物性模型,建立了CO_2压裂过程中井筒和裂缝温度场计算模型,并通过实测温度、压力数据拟合,验证了模型的准确性。应用所建模型分析了塔河油田胡杨2井CO_2压裂施工排量对温度场的影响,结果表明:CO_2注入排量对井筒温度、压力以及裂缝温度影响明显,而对裂缝内压力影响较弱;井筒压力梯度随着排量增大而变小;井筒和裂缝中CO_2均可存在液态和超临界态2种相态。研究成果能为塔河油田CO_2压裂施工设计优化提供一定指导。     

非常规油气CO2压裂技术进展及应用实践

非常规油气是我国重要的接替资源,由于油气储层物性普遍较差,大规模水力压裂是目前比较有效的储层改造技术,但存在耗水量大、储层伤害大、环境污染等问题。CO₂压裂技术充分利用CO₂自身扩散能力强、储层配伍性好、可增加地层能量等特点,具有节水、保护环境、埋存CO₂以及增产等优势。室内实验及现场实践证明,CO₂压裂技术可有效降低储层伤害、改善储层物性,降低岩石起裂压力,促进形成复杂缝网,同时可以高效置换吸附气、降低原油黏度,提高单井产量,CO₂压裂技术相对于水力压裂,压后返排率可提高25%以上,平均单井产量可提高1.9倍以上。通过进一步优化工艺技术,研发配套设备及制定相关标准,探索区块整体开发模式,CO₂压裂技术必将极大地促进我国非常规油气绿色和高效开发。     

超临界CO2连续油管喷射压裂可行性分析

水力压裂增产技术在非常规油气藏的开发中承担着重要的角色,但在储层和环境保护方面都存在一些问题,而超临界CO2连续油管喷射压裂技术有望解决这些问题,成为未来非常规油气资源高效开发的新型压裂方法。通过分析超临界CO2的特性以及超临界CO2射孔能力和射流增压效果可知:超临界CO2射流比水射流的射孔能力强,射流增压效果好,可在较低的压力下实现喷射射孔和压裂;超临界CO2流体的渗透能力强,易渗入储层中的孔隙和微裂缝,在储层中产生大量微裂缝网络,提高油气采收率;将超临界CO2作为压裂流体,不仅可以避免黏土膨胀等储层伤害的发生,而且还能提高增产效果,尤其适合非常规油气藏的增产改造。在此基础上提出了超临界CO2连续油管喷射压裂的流程,为该技术的研究和应用提供了指导。     

超临界CO2压裂迂曲裂缝内支撑剂运移特征

在“双碳”目标引领和水力压裂受水资源影响下,超临界 CO₂压裂是发展的主要趋势。为了明确支撑剂在超临界 CO₂致裂裂缝内的运移特征,利用激光形貌扫描技术对超临界 CO₂压裂后的岩石裂缝面进行重构,结合 CFD—DEM 方法建立了迂曲裂缝内超临界 CO₂携砂运移模型,对比平板裂缝分析了迂曲裂缝内支撑剂的运移和铺置特征,研究了支撑剂密度、携砂液注入速度和砂比等关键参数对支撑剂在裂缝内输送和分布的影响。研究结果表明 ：(1)相较于平板裂缝,迂曲裂缝中的超临界 CO₂携砂液流动路径具有曲折和多变的特点,支撑剂运移时在横向和纵向上具有更强的波动性和跳跃性 ;(2)支撑剂在迂曲裂缝内的铺置形态呈现出波浪状甚至簇团状的非均匀分布特征 ;(3)低密度支撑剂在迂曲裂缝内具有更好的通过性,高注入速度能够降低迂曲裂缝结构对支撑剂堵塞的影响 ;(4)迂曲裂缝中过低的注入砂比并不能够获得好的裂缝支撑效果,模拟条件下最优值在 3% 附近。结论认为,模拟实验研究结果对认识超临界 CO₂...     

液态CO2压裂技术在煤层气压裂中的应用

煤层气是一种非常规天然气资源。煤层气储层与常规天然气储层相比具有很大的差异。煤层通常以多个煤层组形式存在，各组之间相距的距离不等，这一特征加上煤岩本身的一些特性，使得煤层压裂与常规储层压裂之间存在一些差异。文章介绍了液态CO2压裂技术的原理、优缺点以及工艺技术特点。对利用液态CO2施工的步骤及效果进行了对比分析，建议在煤层气压裂中有针对性地利用谊项技术；     

中原油田重点井CO2泡沫压裂成功

2004年5月出版的美国JPT杂志刊登了著名石油软件企业LANDMARK公司署名文章,指出,近几年来国际大石油公司相继装备了各种用于技术研究与作业组织的可视化设备,供高层管理者及工程师使用,对于提高勘探与开发效率,节省油田开采成本发挥了积极作用。文章提到了石油公司装备可视化设备的5个阶段。     

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.     

超临界CO_2增稠剂研究进展

CO2驱是目前国内外提高油藏采收率的重要方法之一,但由于存在不利的流度比、地层非均质性、天然或人工裂缝等因素,易造成注入CO2流体发生气窜。常用的提高CO2驱波及效率的方法有气水交替驱、CO2泡沫驱和聚合物冻胶驱等,通过在超临界CO2中加入增稠剂,也可提高CO2驱波及系数,提高原油采收率。文中对国内外研究的各种CO2增稠剂进行了综述与评价,重点介绍了常见聚合物、小分子、含氟聚合物以及不含氟表面活性剂等各种类型增稠剂,同时从相行为、相对黏度测定方面介绍了CO2增稠评价方法,对提高CO2驱波及效率的超临界CO2增稠剂的发展方向提出了建议。     

超临界CO2萃取技术及成套装备

介绍了超临界CO2 萃取这一新兴分离技术在工业化装置的工艺流程、化工过程、设备及过程控制系统等方面的内容     

超临界CO2+水力携砂复合体积压裂工艺对陆相页岩储层的改造机理及效果

中国陆相页岩油气资源潜力巨大,但由于陆相页岩具有黏土矿物含量高、非均质性强等特点,很难实现大规模体积压裂。由于缺乏针对性储层体积改造技术,中国陆相页岩油气领域一直未获得实质性突破。为解决这一关键技术难题,综合利用压裂模拟、微观分析等实验手段对松辽盆地青山口组一段富含油页岩层系进行研究。结果表明,超临界CO₂复合体积压裂具有降低页岩储层破裂压力、形成复杂缝网和溶蚀改善储层渗流通道的优势。在陆相页岩油领域设计并使用超临界CO₂复合体积压裂工艺,对吉页油1HF井成功实施了21段/1 431 m水平井压裂,并采用人工裂缝反演、不稳定试井、微地震监测、返排液分析、油源对比等技术进行压后效果评价。现场实践证实,该项技术效果显著,有效改造体积是常规水力压裂的2倍,实现了高黏土矿物含量强非均质性陆相页岩层系大型体积压裂,支撑吉页油1HF井获得稳产16.4 m³/d的高产工业页岩油流。     

页岩储层超临界二氧化碳压裂裂缝形态研究

目前超临界CO₂压裂技术尚不成熟，裂缝形成与扩展机理尚不明确。为深入认识超临界CO₂压裂裂缝延伸规律及空间形态，基于位移间断边界元方法，通过引入Pen-Robinson方程来实现超临界CO₂压裂过程的模拟。结合室内物理模拟实验，初步探讨了页岩储层水力压裂与超临界CO₂压裂裂缝扩展形态的差异。研究结果表明，由于超临界CO₂的扩散性及良好的渗透能力，通过增加围岩孔隙压力，从而减少了地应力对裂缝扩展的约束，使裂缝起裂压力低于水力压裂。超临界CO₂压裂时产生的体积应变增量与压后裂缝破坏程度比水力压裂更高，使得在裂缝形态复杂程度高于水基压裂液。同时，超临界CO₂压裂裂缝断面复杂、不平整，裂缝表面粗糙度比水力压裂更大。     

超临界CO2压裂裂缝温度场模型

超临界CO₂压裂中,裂缝流体物性变化、相态规律以及裂缝的几何尺寸、导流能力等参数均与裂缝温度场密切相关。针对超临界CO₂无造壁性、滤失能力强的特点,考虑滤失过程中的节流效应,推导了滤失过程中的岩石温度场解析模型及裂缝壁面上的热流函数表达式;以此为基础,考虑裂缝内超临界CO₂压裂液的相态、物性变化,以比焓为研究对象,建立了超临界CO₂压裂裂缝温度场模型。通过实例分析,计算结果表明:随着滤失时间的增加,裂缝壁面上的热流速率逐渐减小,对应位置处的裂缝流体温度逐渐降低;滤失系数越大,裂缝壁面上的热流速率越小,裂缝内流体和周围岩石温度变化越慢。高滤失系数条件下,由于节流效应,滤失流体存在明显的"冷却"过程,会对裂缝温度场产生很大的影响。压裂过程中,裂缝内流体会存在相态的转变,由超临界态转化为液态与超临界态并存,同时近井地带存在生成水合物的风险。     

CO2破岩机理及压裂工艺技术研究

为了明确不同介质注入过程中有效应力的变化规律,揭示超临界CO₂压裂的起裂压力低、穿透距离远、裂缝密度广的力学机理,基于线弹性多孔介质模型,线性分解井筒平面各向应力,引入井筒增压速率,对孔隙压力与附加周向应力进行修正。结合长庆气田致密气特征,集CO₂破岩增压与滑溜水体积压裂双重优势,改进气藏地质储量容积差值法,优化CO₂注入量,根据井下压力计监测数据分析动态滤失平衡点,优化CO₂施工排量,研发防冻隔离液,开发单机组作业流程,攻关形成前置CO₂蓄能压裂技术。计算结果表明：液态CO₂压裂的起裂压力降低了69.2%,超临界CO₂压裂的起裂压力降低了75.5%。在鄂尔多斯盆地东部开展先导性试验6口井,一次喷通率100%,平均试气产量7.59万m³/d,为长庆气田探索出了新的技术增产途径。     

非常规储层超临界CO2压裂复杂裂缝扩展模型

超临界CO₂压裂是一种很有前景的非常规储层开采技术,由于其具有黏度低、流动能力强的特征,使得压裂时产生多分支的复杂裂缝。目前大多数水力裂缝扩展模型需要指定裂缝扩展路径和方向,无法得到实际的复杂裂缝扩展结果,因此文中在考虑超临界CO₂低黏度特性的基础上,建立了非常规储层超临界CO₂压裂流-固耦合复杂裂缝扩展模型。该模型通过建立弱形式有限元公式和有限差分公式,实现了岩石变形和流体运移的耦合计算;同时,在裂缝分支处引入Kirchhoff定律,实现了复杂裂缝分支处的流量守恒。数值模拟与实验结果吻合程度良好,验证了模型的准确性。通过研究发现,超临界CO₂压裂时,裂尖区域有更高的流体压力用来造缝,裂缝分叉处产生大量剪切破坏裂缝。