一种高效 CO2干法压裂液体系的开发与应用

CO_2干法压裂液工作效率是改善CO_2压裂流体的携砂性和造缝性的关键,本文以提高纯CO_2流体黏度和降低纯CO_2流体储层滤失系数为目标,采用乳化增黏降滤的技术路线,自主开发出了一种有机硅型CO_2压裂增稠剂(15%表面活性剂SFA+85%氯代环烷烃与正辛醇的混合溶剂(体积比1∶1)),建立了CO_2干法压裂液体系(2%数3%增稠剂+97%数98%液态CO_2),并研究了该体系的溶解分散性、黏度、滤失量及对岩心的伤害情况。研究结果表明,该体系的黏度比纯CO_2的提高500数1000倍,储层条件下对岩心综合滤失系数比纯CO_2的降低了87.8%,对储层岩心无伤害。新型CO_2干法压裂液体系在鄂尔多斯盆地成功开展5口井的现场试验,施工参数和液体效率明显提升,并在国内首次实现了最高砂比25%,最大单层加砂量30 m3的施工规模。图4表5参12     

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。     

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。     

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。     

液态 CO2增稠压裂液流变性能分析

针对目前CO_2干法压裂工艺技术存在压裂液黏度低、携砂困难等技术难题,将氟醚羧酸盐类表面活性剂增稠剂(FAL-16)和络合金属离子(铝)有机盐增稠助剂(FAL-31)分别按1%加量加入液态CO_2中制备了液态CO_2增稠压裂液,采用高压管路流变实验模拟了液态CO_2增稠压裂液在管路内的增稠过程,研究了液态CO_2增稠压裂液的流变性能。研究结果表明:在液态CO_2中加入1%的增稠剂FAL-16和1%增稠助剂FAL-31能显著提高液态CO_2压裂液的黏度,液态CO_2增稠压裂液的黏度最高可以达到20 m Pa·s(压力20 MPa、温度0℃、剪切速率393 s-1),增黏倍数在90数498之间,液态CO_2增稠压裂液呈现剪切稀化特性,黏度随着温度的增加呈指数递减;随温度的升高,液态CO_2增稠压裂液体系的流动指数n增大,稠度系数k减小。     

CO_2蓄能压裂技术研究及应用现状

总结了CO_2蓄能压裂相对与常规水力压裂的增产机理,介绍了目前CO_2蓄能压裂在国内应用情况,结合其在苏里格气田和吉林油田的应用实际情况,提出CO_2蓄能压裂技术目前最大的问题是应用于液态CO_2的高效增稠减阻剂的研制。结合此技术未来施工工艺上和施工设备上的改进,此技术以其优异的非常规油气储层的适应性,终将在国内得到更广泛的应用。     

液态CO_2压裂施工管柱摩阻计算与分析

液态CO_2加砂压裂技术作为一种前沿的无水压裂技术,国内现场试验不断取得重要进展,液态CO_2压裂施工管柱沿程摩阻计算也逐渐显现其重要性。通过矿场试验,验证了S.M.Campbell等人液态CO_2压裂液摩阻计算图版,得到了易于工程应用的拟合计算公式。与Lord等人的清水摩阻计算模型比较,为液态CO_2压裂液摩阻快速评价取得直观认识。     

基于CO2特性的无水加砂压裂技术研究与应用

吉林油田致密油资源潜力大,储层物性差,常规水力压裂改造技术易造成储层污染、能量补充不及时,油井产量递减快。CO₂无水压裂技术具有增加地层能量、降低储层伤害、原油混相等技术优势。基于液态CO₂压裂液体系的黏度、携砂性及滤失特征方面的研究,开展了CO₂无水压裂技术加砂试验。通过优选增稠剂Ⅱ型压裂液提高CO₂的黏度,采用段塞与连续加砂相结合的加砂方式、优化前置液比例,完善加砂工艺,提高加砂规模,压裂液体系黏度增加15～45倍,效果明显好于增稠剂Ⅰ型。CO₂无水加砂压裂技术实施的10口井压后日产油是常规重复压裂的2倍以上,折算单井节约水资源1 512 m³。      

CO_2相态变化在干法压裂中的应用——以锦125井为例

CO_2干法加砂压裂对低压、低渗透、强水锁/水敏储层的压裂改造效果十分明显,但CO_2的相态变化复杂,压后放喷易形成水合物。因此,笔者根据CO_2相态变化曲线图,研究了CO_2在干法加砂压裂中各阶段的相态变化,证实了CO_2干法加砂压裂能够在三低气井中应用。同时,笔者结合CO_2水合物的形成机理和数学模型,形成了CO_2水合物预测图版,预测了CO_2形成水合物的压力、温度。基于以上研究,笔者提出从井口加入乙二醇预防井口附近水合物的产生。本论文以锦125井为例,该井泵注液态二氧化碳580 m3和砂量56 m3开展干法压裂,压后采用降压、升温、加入抑制剂等方法排液288.8 m3,顺利完成了试气压裂作业。     

套管水平井全通径分段压裂工具新进展

为了满足页岩气、低渗透油气、煤层气等非常规油气储层的高效和低成本开发需求,国内外诸多机构都开展了水平井全通径无限级分段压裂技术攻关研究,已经形成完善的工具系统及配套现场施工工艺。文中介绍了国内外目前针对水平井开发非常规储层的新兴全通径分段压裂技术原理、关键工具组成与结构特点以及现场应用效果,并结合国内非常规油气藏开发需求,剖析了下一步重点关键技术攻关研究方向,主要从创新工具结构设计、研制新型工程材料、完善工具性能测试等方面着手,突破技术研发和应用瓶颈,以尽快实现国内套管井全通径分段压裂工具自主化,为油气田高效开发提供技术支撑。     

CO2准干法压裂技术研究及应用

致密砂岩气藏普遍具有储层物性差、孔喉细、黏土矿物含量高的特征,水力压裂易导致储层产生水敏、水锁等液相伤害,影响增产效果。针对此问题,研究了CO₂准干法压裂技术,重点开展了准干法压裂工作液组成、携砂性能、耐温耐剪切性能等方面的研究,形成了一种液态CO₂中含有少量水基压裂液的均匀混合相体系,具有液相伤害小、造缝携砂性能好、现场操作性强等特点,可满足大砂量、高砂比压裂施工要求。该技术在冀东油田南堡5号构造深层致密砂岩气藏进行先导试验,压后单井日增油2.5倍,日增气8.6倍,增产效果理想。      

Experimental Study on Rheological Properties of Thinkened Co2 in Liquid and Supercritical State

Abstract

The rheology of CO₂ fracturing fluid are complicated because of its phase change. In this work, pipeline rheology of CO₂ in a range of 8–16?MPa and 10–60?°C were studied. The results showed that the thickened CO₂ was characterized by a power-law fluid. With the thickener or pressure increased, the consistency coefficient K increased and the flow index n decreased. In the liquid or supercritical state, temperature increasing made the K decrease and the n increase. However, when CO₂ transformed from the liquid to the supercritical state in 30–40?°C, and the K increased while the n decreased.     

富含CO_2天然气净化技术现状及研究方向

富含CO2天然气净化技术面临天然气气质和尾气排放标准的双重挑战,故在综述国内外富含CO2天然气脱除CO2技术现状的基础上,分析了现有净化技术存在的问题,即活化甲基二乙醇胺(aMDEA)法CO2吸收剂循环量大、装置能耗高,变压吸附法和膜分离集成法工艺不成熟等。进而提出了活化剂、工艺流程及其操作参数优化、变压吸附和膜分离集成技术等新的研究方向,以期形成适用于富含CO2天然气净化的系列配套技术,助推我国富含CO2天然气的高效开发。     

非常规储层压裂暂堵剂应用进展

非常规储层渗透率极低,采用常规压裂工艺仅能形成单一的对称裂缝,难以实现非常规油气资源的经济高效开发,必须强制扩大压裂改造体积,提高裂缝的发育程度,提高单井产量。暂堵是提高裂缝复杂程度的有效方法,为此,总结了国内外页岩等非常规储层压裂改造过程中暂堵球、常规类暂堵剂、纤维类暂堵剂以及其他新型合成暂堵剂的研究现状及应用效果,阐述了各类型暂堵剂的适用条件、优缺点等,指出了暂堵剂的发展方向。研究成果对未来非常规储层压裂改造暂堵剂的相关研究具有重要参考价值和指导意义。     

杭锦旗锦58井区盒1储层混合水压裂研究与实践

杭锦旗锦58井区属致密低孔气藏,需压裂才能建立有效产能。该井区盒1储层岩石脆性指数高,储层砂体跨度大,层内发育多套气层,气层之间发育有薄泥岩隔夹层;对比国外非常规油气藏开发经验,分析了锦58井区盒1储层混合水压裂的适应性,认为杭锦旗锦58井区具备开展混合水压裂试验的地质条件。结合锦58井区盒1储层特点,优化了混合水压裂施工工艺参数,对压裂液进行了优选,现场试验增产效果较好。     

压裂水平井产能预测方法研究进展

水平井压裂技术在低渗透及非常规储层中得到了广泛应用,压裂后水平井的产能预测关系到油田开发方案的制定,因此,国内外学者对压后渗流模型的建立和求解方法做出了不懈的努力。本文详细回顾了国内外学者所建压裂水平井产能预测模型及求解方法,指出了不同模型和求解方法的优缺点,并展望了压裂水平井产能模型的发展方向。     

煤层压裂工艺技术初探

煤储层的机械性质及煤层气的形成、储集、运移、产出机理 ,均与常规油气储层不同 ,因而煤层气的压裂具有特殊性。本文针对煤粉的产生及危害、煤层压裂处理压力过高、压裂液对煤储层的危害、压裂液滤失的危害及控制等几方面原因对煤储层的特性进行了系统分析 ,提出了煤层压裂设计中应选择合适的压裂模型、适宜的压裂液及支撑剂。结合国内外煤层气勘探开发经验 ,对比分析了目前常用的压裂方法 (凝胶压裂、加砂水压裂、不加砂水压裂及泡沫压裂 )的压裂效果     

煤层气井脉冲压裂技术研究现状

目前,煤层气井压裂主要采用水力压裂工艺,受到储层特性的限制,以及大型压裂设备和作业规模的约束,地层裂缝达不到生产要求。脉冲压裂是在较低的压力条件下,形成更为复杂的裂缝网络,增大有效裂缝体积和连通程度。因此,相应的脉冲压裂技术和设备得到持续发展。通过调研国内外的最新压裂技术和设备,从技术原理、技术特点以及实际应用效果等方面介绍了高能气体脉冲压裂、等离子脉冲压裂、高速通道压裂和金属丝电爆炸压裂技术。通过比较现有的技术和设备,认为井下脉冲压裂设备有更好的发展前景。     

水平井分段体积压裂复杂裂缝形成机制研究现状与发展趋势

水平井分段体积压裂是油气储层中复杂裂缝网络形成的重要技术之一，准确了解复杂裂缝网络形成机制、预测复杂裂缝网络形态对非常规油气资源高效开发具有重要意义，同时也是水力压裂设计优化的理论基础。围绕非常规储层复杂裂缝形成机制，国内外学者根据"应力阴影"效应对水力裂缝同步扩展、水力压裂顺序对多裂缝动态延伸影响、层理面对水力裂缝纵向扩展遮挡效应和天然裂缝与水力裂缝交互动态等方面，分别建立了相应的水力压裂模型，并从数值模拟角度对其进行了定性分析。通过总结国内外研究现状，并从模型建立假设条件、数值模拟模型思想和模型局限性3方面对现有模型进行了剖析，并对未来研究方向提出了建议，研究结果可对未来水力压裂复杂裂缝形成机制研究提供借鉴。