硼交联氮气泡沫压裂液两相流流变特性实验研究

利用高参数泡沫压裂液实验回路研究了模拟实际压裂条件下N2硼交联泡沫压裂液的流变特性,得到了模拟实际压裂条件下N2泡沫压裂液流变参数的计算关联式,从而为低渗低压油气藏N2泡沫压裂技术的有效实施提供了实验依据。研究表明：在实际施工条件下,N2泡沫压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型来描述;其有效粘度随温度的增高而减小;随压力、泡沫质量的增大而增大;相对而言,温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响要明显,在实验范围内,温度和泡沫质量对流变参数的影响均呈指数规律变化。     

超临界C02／胍胶泡沫压裂液流变特性研究

泡沫压裂在提高低渗砂岩和碳改盐储层的油气产量方面取得了权其显著的效果,得到了广泛应用。但过去针对C02泡沫压裂液的实验研究大多压力较低,C02处于气体状态,而在实际压裂工艺中对C02泡沫压裂液来说,C02常处于超临界状态。为了更好地预测压裂效果,对处于超临界状态时的C02沫压裂液的流变参数进行研究就显得很有必要。为此,建立了一套大型的高压、高温实验系统,利用管式流变仪来研究实际压裂条件下C02泡沫压裂液的流变特性。结果表明：该压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型处理;通过数据处理得到了该压裂液在不同压力、温度和泡沫质量下的有效粘度、流变指数和流变系数;并详细研究了压力、温度和泡沫质量对泡沫压裂液有效粘度、流变指数和流变系数的影响。     

页岩储层CO2泡沫压裂液摩阻特性研究

CO_2泡沫压裂液在管流等过程中的压力降计算关系到整个压裂施工过程的可靠性。模拟现场施工条件,通过室内管流实验研究了高温高压条件下CO_2泡沫压裂液的摩阻特性,分析了压力、温度、泡沫质量和流速对CO_2泡沫压裂液摩阻特性的影响规律。建立了CO_2泡沫压裂液未发泡和发泡状态下的摩阻系数数学计算模型,预测了CO_2泡沫压裂液在不同泵注排量下的管柱摩阻。结果表明,CO_2泡沫压裂液摩擦阻力系数随温度升高、剪切速率和压力的增加而减小,随泡沫质量的增加而增大,当泡沫质量分数大于75%时,摩阻系数降低。压力对摩擦阻力系数的影响较小。通过摩阻系数数学计算模型,计算得到CO_2泡沫压裂液在层流条件下具有较好的增黏效果,紊流条件下的降阻效果较好。相同排量下31/2″油管对应的摩阻小于27/8″油管的摩阻,CO_2泡沫压裂的管柱应选择31/2″油管。认识和评价CO_2泡沫压裂液摩阻特性对现场压裂施工设计具有重要意义。     

高温高压下CO2泡沫压裂液摩阻计算研究

进行了CO2泡沫压裂液的室内配制、流变性测定以及摩阻计算方法研究。通过室内试验,观测了CO2泡沫压裂液的形成、动态变化和泡沫结构,测定了CO2泡沫压裂液在高温高压（35-110℃、20-50 MPa）条件下的视粘度变化。结果表明,CO2泡沫压裂液属于屈服假塑性非牛顿流体,其流变参数（n、K）随温度、压力、泡沫质量、配方等变化,为多元复合函数。为了便于求解,假设配方、温度、压力等主要影响泡沫质量,而流变参数（n、K）仅是泡沫质量的一元函数。在井筒中,泡沫压裂液物性随温度和压力（均为井深的函数）而变化,反过来泡沫压裂液的物性又影响井筒内流体温度和压力分布,是一个耦合的非线性问题。提出了一种计算摩阻压降的简化方法,将整个井筒分为若干计算段,每一段内将复杂的耦合关系简化为3个计算过程：1）由温度、压力和排量计算泡沫质量;2）由泡沫质量计算流变参数;3）由流变参数计算摩阻。计算结果与井筒内CO2泡沫压裂液摩阻压降实测结果符合较好,误差在合理范围内,可以在工程中应用。     

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。     

CO_2泡沫压裂液流变特性研究及应用

鄂尔多斯盆地延长区域陆相页岩气资源丰富、开发潜力巨大,前期研究表明陆相页岩储层具有岩性致密、地层压力低、渗透率小和水敏性强等特点,常规压裂技术在陆相页岩气开采中适用性较差。为此,针对页岩储层提出了CO_2泡沫压裂技术,主要研究了CO_2泡沫压裂液流变特性,分析了泡沫质量、剪切速率、温度和压力对CO_2泡沫压裂液流变参数的影响,通过现场试验CO_2泡沫压裂井较常规压裂井的平均自喷返排率提高26%,平均排液周期缩短21d,在页岩气开采过程中取得较好的效果。     

页岩气压裂井瞬态温-压耦合对套管应力的影响

页岩气井压裂过程中,压裂液通过大排量方式注入井筒,井底温度会急剧降低,同时高泵压也增加套管受力,加剧套管失效风险。鉴于此,建立了压裂过程中套管-水泥环-地层组合体瞬态温-压耦合模型,着重分析施工排量、注入温度和施工压力对套管应力的影响。研究结果表明:流变参数会影响对流换热系数,继而影响井底温度的变化,应该选择合理的流变参数,改善压裂液与井筒之间的对流换热;排量增加会迅速降低井底温度,增大套管应力,且原始储层温度越高,温度降低幅度也越大,套管应力增加越多;套管应力随压裂液注入温度降低而增加;合理的施工压力有助于降低套管应力。因此合理的施工泵排量、压裂液注入温度以及施工压力,能有效减小压裂过程中井底温度差,从而改善套管受力,保证压裂过程中套管的安全。     

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。     

硼交联氮气泡沫压裂液对流换热特性研究

在大型超高压(30MPa)泡沫压裂液实验回路上,对实际施工条件下表现为非牛顿流体性质的伴氮压裂液的两相管流对流传热特性进行了研究,得出了压力、温度、泡沫质量和流量对氮气泡沫压裂液对流传热特性的影响规律,并提出了用于计算施工条件下氮气泡沫压裂液的对流换热系数关联式。实验表明：泡沫压裂液的平均Nu数主要取决于温度、泡沫质量和流量,压力的影响较小,压力对它的影响在不同泡沫质量和温度时有不同的趋势。     

高温高压下可循环微泡沫钻井液管路流动试验

以往对可循环微泡沫钻井液在铅直管路中的压力梯度或压差及有关参数等问题进行的研究中,由于所使用的试验装置(有机玻璃管路)多数耐压和耐温能力有限,不能模拟高温高压条件下气液两相流体的流动型态和流动规律.本文使用一套高温高压流动试验装置对可循环微泡沫钻井液在井筒条件下密度的变化规律、微泡沫钻井液在井底的实际发泡能力和空隙率的变化规律进行了研究.利用可循环微泡沫钻井液的流动试验数据和关系曲线,应用回归分析方法,得出了各温度下钻井液密度与压力的计算表达式,这些表达式均为一元二次多项式,每一多项式中的系数又为温度的函数.结果表明,微泡沫钻井液的密度随压力的增大而增大,随温度的升高而减小,但在井眼条件下密度随压力增大的速率要大于随温度减小的速率;微泡沫钻井液流过钻头喷嘴后,密度减小,泡沫更细小;微泡沫钻井液的空隙率随压力的增大逐渐减小,而随着温度的升高逐渐增大.     

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。     

泡沫压裂液研究进展

针对泡沫压裂液在国内外的研究历程,分别将国外和国内泡沫压裂液的研究进展总结为水基泡沫压裂液、植物胶泡沫压裂液、交联泡沫压裂液、高稳泡性泡沫压裂液4个发展阶段和非交联泡沫压裂液研究、酸性交联CO2泡沫压裂液研究与应用、有机硼（碱性）交联N2泡沫压裂液研究与应用3个方面,指出泡沫压裂液的泡沫质量、温度、压力、剪切速率等因素对泡沫压裂液流变性、摩阻、气泡稳定性等影响机理复杂,在认识上还存在着争议与分歧,提出解决CO2泡沫压裂液的腐蚀性、开发出酸性交联稠化剂及多样性酸性交联剂和进一步提高泡沫压裂液耐温抗剪切性及内相气泡的稳定性而增强泡沫压裂液的携砂能力是泡沫压裂液研究发展的主要方向。     

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。     

泡沫压裂液在三维缝中流动数值模拟

在分析泡沫压裂液流动特性以及流体重力、地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸综合影响的基础上,建立了泡沫压裂液在缝中流动的裂缝三维延伸数学模型和泡沫压裂液的温度、压力、流量及泡沫质量分布数学模型,并给出了计算方法．计算表明,所提出的求解方法能较好地模拟泡沫液在缝中的流动,可用于现场泡沫压裂施工设计。     

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。     

泡沫压裂设计中的敏感性分析

利用给出的泡沫压裂设计程序对影响泡沫压裂的主要参数进行了敏感性分析，着重讨论了泡沫压裂液的干度，气体密度，气体在裂缝中的膨胀体积，油层温度以及作为泡沫压裂液内相的砂子对泡沫压裂的影响。在泡沫压裂敏感性分析的基础上，得出了一些适用于泡沫压裂的规律，这些规律与适用于常规非泡沫压裂的规律是不同的。     

抗高温清洁CO2 泡沫压裂液在页岩气储层的应用

为了实现裂缝型、低压、低渗、强水敏、易水锁等特殊油气藏的高效开发,采用研发的多元共聚物、黏度增效剂、调节剂等和CO2 混配,得到一种抗高温清洁CO2 泡沫压裂液（BCF 压裂液）。对压裂液体系进行了综合性能测试,结果表明:BCF 泡沫压裂液抗温能力可达140 ℃,在90 ℃下泡沫液具有优良的携砂性能,其半衰期超过5 h,泡沫液滤失系数与胍胶冻胶相当, 并且压裂液破胶彻底,破胶液残渣含量低至1 mg/L、表面张力在24 mN/m 以下。BCF 压裂液体系在延长油田YY2 页岩气井得到了成功应用,加砂成功率100 %,求产后单井无阻气量达到1.0×105 m3/d,是邻井产量的3 倍。试验表明,该压裂液具有常规CO2 泡沫压裂液不可比拟的优点,对此类特殊油气藏的高效开发和储层保护具有重大意义。     

页岩二氧化碳压裂裂缝扩展机制及工艺研究

针对目前不同状态二氧化碳压裂裂缝扩展机制及二氧化碳压裂最优模式研究欠缺的问题,设计并开展了不同状态二氧化碳压裂物理模拟实验,同时进行了相关数值模拟,研究了不同状态二氧化碳对裂缝起裂及扩展的影响,对比分析了不同工艺下的压裂效果,并对二氧化碳压裂相关工艺的参数进行了优化。研究结果表明,二氧化碳作为压裂介质可降低破裂压力,提高裂缝复杂度;破裂压力由小到大排序为：超临界二氧化碳 ＜液态二氧化碳 ＜二氧化碳泡沫滑溜水 ＜滑溜水;二氧化碳复合压裂方式有利于增产、稳产,前置液 ＋后半程伴注液态二氧化碳／二氧化碳泡沫复合压裂工艺有助于提高改造效果;二氧化碳复合压裂工艺中起泡基液黏度应控制在3~6 mPa·s,泡沫质量应大于 75％,施工后半程泵入泡沫段塞更有利于提高改造体积。