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。     

二氧化碳泡沫压裂技术在低渗透低压气藏中的应用

针对低渗透、低压气藏压裂改造中压裂液返排困难的问题,研究了CO₂泡沫压裂技术,分析了CO₂泡沫压裂过程中井筒和储层温度场变化对CO₂液气转化的影响,对提高CO₂泡沫压裂液的流变性、内相恒定与工艺措施等进行了室内研究.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、低压气藏的压裂效果.     

CO2辅助增能压裂气体注入时机优选研究

CO₂增能压裂与常规水力压裂相比,具有压后增能、返排迅速、对储层伤害小以及单井产能高等优势,在非常规油气藏高效开发中发挥着重要作用。为优化CO₂辅助增能压裂过程中气体的注入时机,通过多孔介质气体扩散微观数值模拟、油藏数值模拟方法等分别从微观和宏观角度研究了不同注入时机下CO₂波及范围及地层压力分布规律,对比了不同储层物性及CO₂注入速度对CO₂增能效果的影响。研究结果表明：1)CO₂前置注入井筒附近含水饱和度低,CO₂伴注井筒附近含水饱和度高,CO₂前置注入扩散进入深部地层的CO₂量比CO₂伴注增加了约50%,深部地层压力上升更多;2)储层物性对CO₂增能效果有一定影响,CO₂注入过程中,随着孔隙度、渗透率由1%和0.003 mD变为10%和0.01 mD,地层压力进一步上升,最大地层压力可增加约8 MPa; 3)在近井筒地带...     

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。     

二氧化碳前置蓄能压裂在中深层低渗稠油中的应用

针对准噶尔盆地中深层低渗稠油的开发难点，将体积压裂与CO₂驱油技术有机结合，开展CO₂前置蓄能压裂提产机理研究及开发关键参数优化。实验表明，CO₂前置蓄能压裂有效增加了可流动原油体积，主要的驱油机理为“CO₂基质抽提、原油溶胀降黏、裂缝导流”。以准噶尔盆地J井区为例，开展CO₂前置蓄能压裂提产试验，与常规压裂相比，投产初期单井日产油量相当，但试验井压力保持程度更高，稳产能力更好，目前累计产油是常规压裂井的1.14倍，预计采收率可以提高3%,为新疆油田数亿吨难动用储量有效开发提供技术支持。     

新型高性能转向酸的制备及性能评价

碳酸盐岩储层微裂缝发育,酸化压裂改造过程中酸液单向突进,造成储层有效裂缝沟通困难,酸化压裂改造效率低。为了提高碳酸盐岩储层酸化压裂改造效率,制备了一种对CO₂敏感的新型高性能转向酸体系,该体系主要由盐酸、SDS、TMPDA及缓蚀剂组成,配方为3.96% SDS+1.09% TMPDA+24% HCl+0.5% MZ-1缓蚀剂。虽然该体系本身不具有黏弹性,但在CO₂存在的条件下,体系中的TMPDA作为联接基与普通的SDS生成黏弹性极好的类Gemini型表面活性剂,CO₂消除之后可恢复到初始状态。相关性能评价及研究表明,该体系抗温、抗剪切性好、转向性能优越,酸液驱替前后岩心渗透率明显增大,而且渗透率差异较大的2组岩心的渗透率极差基本消除,可以有效地提高碳酸盐岩储层酸压改造效率,而且有希望实现循环利用。      

改性硅酮CO2增稠剂对流体流变性和驱油效率的影响

在压裂过程中,液态CO₂压裂液的压裂性能发生了很大的变化。为了改善CO₂压裂效果,提高CO₂对页岩中原油的置换效率,提出合成硅酮CO₂增稠剂的新思路：通过开环聚合和硅氢化反应,将亲CO₂短链引入聚合物主链分子间,形成空间网状结构。研究了CO₂增稠剂对流体黏度、流变特性和驱油效率的影响。结果表明,增稠剂加量和相对分子质量均能显著改善CO₂流体的流变性,其稠度系数随增稠剂加量的增加而增大,而流变性指数呈下降趋势。当体系压力超过12 MPa后,三维网状结构的稳定性加强,表观黏度增加。相比超临界CO₂驱,增稠CO₂流体能提高0.01μm以上孔隙中原油的动用效率,提高驱油效率12.23百分点。研究结果为改进CO₂压裂工艺和CO₂增稠剂的分子设计提供了技术参考。     

致密砂岩储层CO2压裂裂缝扩展实验研究

为提高天然裂缝和层理不发育致密储层压裂裂缝的复杂性,基于真三轴压裂模拟实验系统,开展了致密砂岩储层CO₂压裂实验研究,分析了水平应力差、压裂液类型和排量对压裂裂缝扩展规律的影响。研究表明,超临界CO₂压裂形成的水力裂缝形态最复杂,液态CO₂次之,滑溜水压裂产生的水力裂缝形态简单;采用液态CO₂压裂时,低水平应力差（≤3 MPa）有利于提高水力裂缝的复杂程度;液态CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低22.1%,超临界CO₂压裂的起裂压力相比于滑溜水压裂降低28.2%;提高排量会加快井筒内流体增压速率,起裂压力升高。实验证明超临界CO₂压裂能够有效提高裂缝复杂性。     

CO2压裂后近缝带烃类的相态特征

CO₂压裂与常规水力压裂相比，除具有滤失小、易返排、低伤害等常规优点外，还能降低烃类的露点压力，对易凝析的中间组分产生很强的抽提作用，有效解除了由于温度压力的变化所造成的近缝带凝析油污染。这为提高凝析气藏采收率、制定合理有效的开发手段提供了新的途径。以中原油田白庙凝析气田为例，建立了数值计算模型，研究了CO₂压裂停泵时刻其CO₂量不同时的凝析气藏近缝带烃类的相态变化及各点凝析油饱和度的变化情况。研究结果表明：CO₂气体对凝析气藏烃类的相态影响是CO₂压裂优于常规水力压裂的重要原因，且CO₂量不同时对烃类相态的影响程度存在显著差异。这为现场实际结果的解释及优化凝析气藏CO₂压裂的气体用量和压裂规模提供了理论依据。     

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。     

低渗透储集层表面活性剂胶束溶液助排机理

鉴于针对表面活性剂胶束溶液的研究仍以配方优化和岩心实验为主,且适用于低渗透储集层的助排剂类型及其助排机理尚不明确的现状,在通过岩心实验评价不同类型表面活性剂胶束溶液助排效率的基础上,研制了表征低渗透储集层孔喉结构的多级孔喉系统微观模型,分别开展了盐水及不同盐度表面活性剂胶束溶液在微观模型中的返排实验,直观呈现了表面活性...     

页岩气井返排规律及控制参数优化

压后排液作为压裂和后期生产“衔上接下”的关键一环,页岩气井压裂后返排控制参数的选择及返排制度的制定还一直处于探索阶段,返排控制参数对页岩气井返排率及气井产量的影响尚不明确,返排关井时间、返排油嘴使用和更换基本都凭经验和固定模式。通过某区大量页岩气井返排数据分析,研究了返排速度、压裂+关井期间压裂液与页岩作用对返排率和气井产量的影响,明确了页岩气井压后返排作法,研究结果表明,提高返排率有利于提高页岩气井产能,但返排率不是决定气井产能高低的关键因素;页岩气井压裂施工结束后关井有利于人工裂缝的继续扩展,提高单井产量,但关井时间过长会引起大量的压裂液滞留于地层对储层造成伤害,反而降低气井产能;提出开井初期采用慢返排模式更有利于提高返排率和单井产能,采用对“油嘴进行控制、逐级放大、连续、平稳”的排液制度。页岩气井返排规律及控制参数优化结果为该区块页岩气井压后返排控制参数的优化提供了依据。     

关井时机对页岩气井返排率和产能的影响

页岩气井压后返排率普遍较低,大量的压裂液永久赋存于储层中,对页岩气井的生产有可能造成不利影响。为此,以实际生产数据为基础,分析了页岩气井早期生产返排特征,并根据典型数据建立相应的数值模型,研究了不同时机关井持续时间、生产制度对页岩气井返排率和产能的影响。结果表明:①在返排前关井期间,极窄的相渗曲线共渗区急剧降低压裂液在储层中的渗吸运移速度,关井100 d后移动距离小于3 m,随着关井持续时间增加,压裂液返排率呈指数降低,开井的初始产气量先减小后增大,对长期产气量的影响则恰好相反,因此,并不能简单得出关井时间越长,越有利于生产的结论 ;②而在生产返排后关井期间,随着关井持续时间增加,返排率减小,开井的初始产气量增大,长期产气量则会减小,但相比之下,返排后关井效应弱于返排前;③对于生产制度而言,生产压差增大会掩盖应力敏感导致的渗透率降低效应,最终表现为累计产气量、累计产水量都增加,同时,高生产压差人工缝底部积液,而低压差含水饱和度则几乎为0。该研究成果为认识压裂液的滤失机理及其在储层中的赋存方式、确定页岩气多段压裂水平井的最佳关井时间与生产制度,提供了技术支撑。     

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。     

人工裂缝复杂程度的压裂液返排表征方法及应用

为评价非常规储层体积压裂后人工裂缝的复杂化程度,基于储层基质与压裂液存在离子交换现象,分析返排液中盐浓度差异的表示方法,建立了体积改造后返排液中盐浓度的饱和度分布数学模型,分析了不同返排液中盐浓度与裂缝复杂化特征关系。结果表明:压后返排液中盐浓度变化主要表现出“平稳型”和“升高-平稳型”,返排液初期流体主要以人工裂缝内的单相流为主,返排液中盐的浓度随着返排量的增加而增加,达到一定返排率后,出现2种特征:一是平缓型特征,即返排液中盐的浓度逐渐趋于平稳,表明储层改造后的人工裂缝与储层基质中的离子交换较少,人工裂缝趋向于单一裂缝为主的特征;二是升高-平稳型特征,即返排液中盐的浓度仍存在增加趋势,表明改造后人工裂缝与储层基质产生大量离子交换,并且交换的体积较大,盐浓度随返排液量增大而增加的时间越长,表明人工裂缝的复杂化程度越高。经现场应用并结合微地震等试验手段验证表明,该方法可判别非常规油气井压后人工裂缝的复杂化程度,为进一步优化体积压裂设计提供参考。     

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。     

低伤害油层保护液性能试验评价

针对基山砂岩体储层特性,从防膨、防乳、低表(界)面张力等角度出发,研制了低伤害油层保护液配方体系,进行了降低返排压力试验、耐温性试验、防原油乳化试验、岩心伤害试验。结果表明,在低渗透砂岩油藏完井、洗压井等作业液中加入油层保护液,能够有效防止粘土矿物的膨胀,防止完井液与原油形成乳液,明显降低完井液返排压力,可以很好地防止水敏和水锁现象的发生,对地层渗透率基本无伤害。     

页岩气井返排规律实验与微观力学机制分析

针对页岩气井压裂液返排规律认识不清，影响实际页岩气生产井工作制度优化的问题，采用岩心流动实验和气、水与储层岩石的微观作用力分析等方法，研究了压裂液返排规律和机制。研究结果表明，储层矿物成分差异是影响压裂液返排速度、返排率的主要因素，黏土矿物含量高的储层返排速度慢、返排率低，而返排压差大小只影响初始返排速度；通过分析压裂液在储层有机孔和无机孔的微观分子作用力，给出不同孔径对应的返排压差，进而可依据总孔隙分布折算不同类型储层合理返排压差；最后建立了基于单孔模型的累积返排量的计算方法。研究成果对分析压裂液返排规律和确定合理生产制度具有实际意义。     

气井残酸返排规律研究——以普光气田为例

针对普光气田主体生产井,在分析储层岩性及酸化压裂液基础上,对返排液离子浓度变化规律和生产液气比变化情况进行分析,总结出了残酸返排规律,提出了判别残酸返排基本结束的判别值,这对掌握气井残酸返排情况,为分酸分离器的轮换使用提供了及时可靠的依据,加快了气田生产运行效率,同时可指导新区块气井生产。     

大规模增产作业中液体的回用技术探讨

针对页岩气、致密气等非常规气藏体积压裂过程中存在的配液用水缺乏、压裂返排液处理困难、环境污染风险大等问题,探讨了大规模增产作业中的液体回用技术。大规模增产作业对水资源的需求量大,井场用水供需矛盾突出,且产生的压裂返排液量大,面临的环境形势严峻,制约了非常规气藏的开发。压裂返排液的组成复杂,其成分主要取决于压裂液配液水质、压裂液化学组成、储层地质化学、地层水等,影响其回用时的压裂液性能,需针对性地进行处理。大规模增产作业中的液体回用技术主要是通过杀菌、沉降除机械杂质、化学沉淀除高价金属离子、补充损失的添加剂等措施使压裂返排液的性能满足再次施工要求。该技术在四川盆地须家河致密气储层及侏罗系致密油储层中得到了广泛应用,返排液回收后的利用率达95%,节约了水资源,实现了循环经济。