CO_2无水压裂工艺及核心设备综述

CO_2无水压裂以液态CO_2作为压裂基液,压裂过程中基本不需要水,投产前CO_2以气态返排,不会对井场造成污染。但其缺点也很明显,如CO_2管道摩阻高、黏度低造成滤失较大、形成的裂缝尺寸较小、携砂能力低、液态CO_2的低温高压环境难以实现混砂。针对上述问题,提出了应对措施:尽量采用套管压裂、采用增稠剂提高黏度、开发专用的增压设备和带压混砂设备实现混砂功能。通过这些措施,有效避免了上述问题对CO_2干法压裂效果造成的不利影响,目前该套工艺和设备已经成熟,完全满足CO_2干法压裂的施工要求。另外为保证施工过程的设备和人员安全,阐述了实施过程中的无人化井场设计思路。最后指出,以CO_2无水压裂为代表的无水压裂技术由于其对储层无伤害和较高的增产效果、对水资源的节省和保护等常规压裂无可比拟的技术优势,在可预见的未来会逐渐成为非常规油气开采的核心技术。     

CO_2干法加砂压裂技术研究与实践

CO2干法加砂压裂是以CO2代替常规水力压裂液的一种无水压裂技术,国外(美国和加拿大)的实践成果表明:该方法对低压、低渗透、强水锁/水敏储层的压裂改造效果十分明显。为此,就其增产机理、压裂液体系、密封混砂装置及压裂工艺开展了一系列的试验研究,获得了一系列成果:①CO2提黏技术使超临界CO2黏度提高了240~490倍,改善了CO2压裂液的携砂性和造缝性,是实现CO2干法加砂压裂的一项关键技术;②CO2密闭混砂装置的研制实现了对CO2干法加砂压裂关键装置的配套,能够满足CO2干法加砂压裂作业的施工需要;③CO2干法加砂压裂实现了完全自主返排;④CO2干法加砂压裂利用CO2代替水基压裂液,能够大量节约压裂作业的耗水量,实现循环经济;⑤CO2干法加砂压裂工艺是可行的,对低压、低渗透、强水锁伤害储层具有较好针对性,表现出了良好的增产效果。     

二氧化碳干法压裂技术进展

国内外的成功应用表明,二氧化碳干法压力技术是可行的。二氧化碳压裂技术使用无水的液态CO2作为压裂介质,相比水基压裂体系具有优势。目前二氧化碳压力技术也存在一些问题,包括携砂及降滤失性能差,需要研制高效增稠剂、减阻剂等;该技术对混砂设备要求较高,是制约技术发展的问题之一。     

液态CO2干法加砂压裂增稠剂技术现状及展望

CO_2干法加砂压裂是低压、低渗透、强水敏等非常规储层高效开发的有效措施之一。系统分析了目前国内外液态CO_2干法加砂压裂技术中增稠剂现状,对现有增稠剂分子结构进行分析归类,指出了增稠剂存在的主要技术问题和开发的难点。通过对目前国内液态CO_2干法压裂技术现状和现场试验情况梳理发现:国内液态CO_2增稠剂技术滞后于现场应用,压裂液携砂效率低,影响了压裂施工效果;分析国内外液态CO_2增稠剂研究存在的问题,借鉴现有研究成果,依据CO_2分子结构特征和理化特性,构建能使液态CO_2高效增黏的新型增稠剂分子结构,合成高质量的液态CO_2增稠剂,是实现液态CO_2干法加砂压裂的技术关键。在现有技术条件下,建议将液态CO_2干法压裂技术与常规无水压裂技术结合,既发挥了液态CO_2干法压裂技术优势,又实现了高砂比对压裂施工技术要求,满足非常规储层压裂开发需要。     

CO_2密闭混砂装置在长庆苏里格气田的应用

CO_2干法加砂压裂技术针对强水敏、强水锁地层的压裂开采具有明显优势,可使储量巨大的致密气、页岩气等非常规油气藏得到有效开发,其核心装备是CO_2密闭混砂装置。根据工艺技术要求,经过多年研究,研发出具有自主知识产权的CO_2密闭混砂装置,打破了国外的技术垄断,技术性能达到国际先进水平。多次现场应用表明,该装置可在密闭带压条件下将支撑剂与液态CO_2按施工要求的比例混合后输送给压裂车,具有高可靠性、安全性,达到了设计要求。应用后显示增产效果好,加砂量小于10m~3的井,平均增产20%~30%;最大加砂量20m~3的井无阻流量达24.756×104m~3,较常规压裂对比井产能提高50%以上,为CO_2干法加砂压裂技术的进一步推广应用奠定了坚实的基础。     

CO_2干法压裂液体系的研究与试验

为提高低压、低渗透、强水锁/水敏伤害致密砂岩储层压后产量,开展了CO2干法压裂液体系的研究。采用分子模拟技术,研究液态CO2与提黏剂分子间微观构型,评价不同CO2提黏剂对液态CO2的提黏效果,优选提黏剂,并建立CO2干法压裂液体系配方。通过研究发现,在62~63℃、15~20 MPa条件下,CO2干法压裂液体系黏度提高至5~10 m Pa·s,较超临界CO2的黏度提高240~490倍;对气井岩心渗透率平均损害率为2.75%,对油井岩心渗透率平均损害率为0.98%。该压裂液体系在苏里格气田成功进行了国内第1口CO2干法加砂压裂现场试验,增产效果明显。     

压裂施工装备配置与井场布置研究

压裂施工是油气田增产稳产的重要措施,但压裂设备的选型配置、井场布置和管线安装等方面存在不合理、不规范之处。探讨了压裂泵车、混砂车、仪表车、配液与供砂设备等压裂装备的作用和选型依据;分析了井场5个功能区的作用,以及不同地形条件下的布置方式;总结了地面管汇系统安装注意事项。为压裂施工提供了借鉴。     

CO2压裂技术在杏南试验区的应用研究

与常规压裂技术相比,CO2压裂技术具有低滤失、高返排、对油层伤害小、增产幅度大、有效期长等优点,该技术在利用CO2作为介质造缝的同时,还具备在地层温度下CO2快速气化、溶混于原油中、大幅度降低原油粘度和增加溶解气驱能量的独特增产机理.该文对该技术所适用的地质条件、压裂选井的原则及压裂施工的具体流程进行了阐述.杏南试验区3口井CO2压裂的现场应用效果表明,该技术不仅适用于厚油层和老井的重复压裂,而且对于表外储层和有效厚度小于0.5 m的薄差层也具有更好的增产效果.运用压裂有效期内最低增油模型,计算出该技术比普通压裂可多创效5.8～13.8万元, 经济效益更为可观.CO2压裂技术是低压、低渗油层的一项较好的增产改造措施,它扩大了压裂选井选层的范围、提高了压裂效果,在杏南试验区具有广阔的应用前景.     

纯液态CO_2干法压裂技术综述

目前国内外最常用的储层改造工艺技术是水力压裂。水基压裂液体系存在水资源浪费、黏土膨胀和压裂液破胶不彻底伤害储层、返排不完全,造成地下水污染以及污水处理费用高昂等缺点,尤其在页岩油气勘探开发中,水基压裂液巨大的耗水量、对地下水及地表环境都存在潜在的污染。由于水基压裂液存在诸多缺点,纯液态二氧化碳压裂技术随之而兴起,它有着许多水基压裂液不可比拟的优点。通过调研,介绍了纯液态CO_2压裂的技术特点、液态CO_2压裂设备的性能要求及施工步骤、压裂装备现状、施工安全风险及应对措施,为实施CO_2干法加砂压裂做参考。     

二氧化碳蓄能压裂技术在吉林油田的应用

吉林油田黑帝庙油层压力不足,原油黏度高,凝固点高,常温下不易流动。针对这一问题开展了CO2蓄能压裂的研究与应用,并在黑+79-31-45井现场应用成功。该技术采用纯液态CO2代替常规水基冻胶压裂液进行造缝和携砂,与常规水力压裂相比在施工设备、地面管线、施工参数等多方面都存在很大差异。     

二氧化碳蓄能压裂技术在吉林油田的应用

吉林油田黑帝庙油层压力不足,原油黏度高,凝固点高,常温下不易流动。针对这一问题开展了CO2蓄能压裂的研究与应用,并在黑+79-31-45井现场应用成功。该技术采用纯液态CO2代替常规水基冻胶压裂液进行造缝和携砂,与常规水力压裂相比在施工设备、地面管线、施工参数等多方面都存在很大差异。     

HSC40型混砂车的研制与应用

大规模压裂施工采用"一备一用"2台HSC20型混砂车存在以下问题:主施工混砂车发生故障时,操作人员切换混砂车工作量大,切换时间长,并且存在安全隐患。鉴于此,研制了HSC40型混砂车。该混砂车将2台HSC20混砂车集成在1台底盘车上,将吸入离心泵、混砂罐和排出离心泵整合为1台闭式混砂泵;通过创新设计的液压控制系统,实现液体添加动力系统的互为备用;在混砂系统上集成1套平行四连杆翻转机构,弥补了闭式混砂泵自吸能力不足的缺陷,同时又可保证井场转移过程中车辆的行驶安全。现场应用结果表明:HSC40型混砂车最大瞬时施工排量达到38 m~3/min,使支撑裂缝的压裂导通率提高了1.5~2.5个数量级。HSC40型混砂车适用于大规模压裂作业,在以页岩气开发为代表的大排量非常规压裂施工中具有较大的优势。     

陆相页岩气层的CO_2压裂技术应用探讨

中国陆相页岩气资源潜力较大。与海相页岩相比,陆相页岩气层具有厚度薄、脆性矿物含量低、黏土矿物含量高、压力低等特点,海相页岩气的开发技术(特别是压裂技术)并不完全适用。为此,针对陆相页岩气层的储层特征和压裂改造难点,分析了CO2泡沫压裂技术、CO2增能压裂技术和液态CO2压裂技术的特点,并在鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段页岩气层开展了液态CO2压裂、CO2增能压裂应用试验。结果表明:纯液态CO2在2.0m3/min排量下可压开长7段页岩气层,压后排液迅速,24h后即点火可燃;同时,CO2增能压裂能显著提高压裂液返排速度和返排率,缩短排液周期,有利于陆相页岩气的勘探开发。此外,根据目前国内压裂设备和技术现状以及环保问题,提出了陆相页岩气层CO2压裂技术今后的应用和发展思路。     

美国HQ—2000压裂酸化机组性能述评

美国哈里伯顿公司设计制造的HQ— 2 0 0 0压裂酸化机组由 1 0台压裂车、 1台混砂车、2台管汇车和 1台仪表车组成 ,净输出水功率为 1 492 0kW ,最大额定工作压力为 1 0 3 4MPa ,工作环境温度为 -4 0～ 50℃ ,适合油气田各种增产工艺 ,可泵入各种类型的压裂液和支撑剂 ,特别适用于低渗透油气田的增产改造。机组总体没计合理 ,技术性能优良 ,自动化程度较高 ,特别是2D和 3D压裂模拟软件 ,可实时直观展示压裂酸化施工效果。重点介绍了HQ— 2 0 0 0型压裂车、FBRC1 0 0ARC混砂车和压裂酸化仪表车等的技术特点及存在的问题 ,并提出若干改进建议 ,供工程技术人员参考。     

国内外无水压裂技术研究现状与发展趋势

通过调研国内外资料,分析了国内外常用的几种无水压裂技术:N2、液态CO2、LPG以及液氮压裂技术等,总结分析了其优势及存在的问题,指出了无水压裂技术的发展趋势。     

压裂酸化装备机电一体化述评

介绍了70年代以来国内外压裂酸化装备机电一体化概况。认为,1050压裂成套装备的推出,标志着我国该方面装备的技术性能指标达到国际80年代的先进水平。建议今后着重抓好以下工作:提高国产测控元、器件的可靠性;完善现有装备的测控功能;研制具有自动控制功能的新一代混砂车;增强仪表车控制功能,实现仪表车对压裂酸化施工车组的直接、集中控制。作为长远目标,有必要从系统工程控制角度深入研究压裂酸化作业系列车载装备的机电一体化问题;考虑整个车组采用DCS控制,以满足未来高工艺技术指标和高自动化压裂酸化作业对装备提出的越来越高的机电一体化要求。     

哈里伯顿混砂车的改造与应用

针对哈里伯顿混砂车存在底盘发动机老化、大梁断裂和混砂不均且腐蚀严重等问题,提出对哈里伯顿混砂车进行改造。改造的总体思路是:按照原混砂车的结构模式重组混砂车,为其更换合适的底盘,在保留台上可利用部分的基础上,进一步改进、补充和完善各大系统。改造后的混砂车应能满足以下要求:①改造后技术性能应与原车水平相当,能满足以中型规模为主兼顾少量大规模加砂压裂施工作业对混砂车的性能要求;②应能克服原车过长过高、台上未利用的有效空间过大以及转弯半径过大等缺点;③操作方便可靠,使用维护方便;④改造费用合理,后期维修费用经济;⑤外形美观,结构紧凑合理。现场应用表明,改造后的混砂车有效地改善了其总体性能,提高了可靠性,使用情况良好,经济效益十分明显。     

2000型海洋压裂橇组的研制

针对在役的海洋压裂设备存在的机组配套不完善、单机水功率低、自动化程度低等问题,研制了2000型海洋压裂橇组。该橇组是通过开发大功率压裂泵橇、大排量的混砂橇和配酸橇而研发的,并通过网络控制系统将机组所有设备集中控制,同时提供配套齐全的辅助设备,使整套机组既能满足酸化作业要求又能满足压裂作业要求。塘沽4井次的酸化和压裂施工作业表明,机组的设计满足海洋酸化和压裂施工工艺要求,达到了海洋施工作业安全和环保要求。     

非常规水平井压裂地面施工配套技术

非常规油气储层增储增产主要是通过大排量、大液量和大砂量的水平井多级分段压裂改造技术来实现的,常规单套压裂机组及供配液方式已远远不能满足其压裂施工工艺要求。为此,在优化多套压裂机组配套时,采用2套混砂车同时在线施工并整合数据采集及实时施工曲线,实现多机组集中控制、数据采集和远传监控,同时完善多级供液和不同压裂液体系的连续混配工艺技术,实现了多种压裂液体系连续无缝切换的非常规水平井压裂施工。在泌页HF1井15段压裂施工中,累计完成压裂液配制23 000 m3,最高配液量3 705 m3/d,实际入井液量22 129 m3,最高排量14.7 m3/min,最高压力68 MPa,加砂量799.6 t,单台混砂车施工排量5～8 m3/min,各项技术参数符合施工设计要求。     

HST360型混砂半挂车的研制

为了适应国内外混砂车的发展趋势,研发了HST360型混砂半挂车。该车排量可达19.9 m3/min,采用半挂车装载方式,主要由半挂车底盘、2台发动机、2台分动箱、液压系统、气路系统、混砂系统、管汇系统、液体和干粉添加系统、仪表控制系统及其他附件组成,可满足油田大型压裂设备的群组作业要求,其控制系统采用全自动闭环控制和恒压稳流方式,具有集中监控、数据储存和曲线绘制等功能。辽河油田的现场应用表明,该车通过与压裂车等设备的联机工作,圆满完成了压裂任务,完全满足实际施工要求。