CO2压裂液介绍

CO 2泡沫压裂液性能评价刘晓明1 蔡明哲2 蔡长宇1(1.中国地质大学资源学院能源系,北京;2.北京中佳学校,北京)摘要 CO 2泡沫压裂液是压裂液体系的一个重要组成部分,在低压、水敏地层的压裂改造中,CO 2泡沫压裂液比其它压裂液体系优异。

经优选,确定CO 2泡沫压裂液实验基础配方为:(0.65%~0.70%)GRJ 改性瓜胶+ 1.0%F L -36起泡剂+0.1%杀菌剂+0.3%DL -10助排剂+ 1.0%KCl 粘土稳定剂+(0.003%~0.06%)过硫酸铵+1.5%AC -8酸性交联剂。

并对泡沫质量为50%~70%压裂液体系的剪切性能、耐温性能、流变参数、粘温性能、破胶与残渣、破胶液的表观性能和岩心伤害进行了评价。

结果表明,CO 2泡沫压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能和流变性能,携砂能力强,对储层岩心伤害小,可以满足大多数泡沫压裂施工的需要。

关键词:CO 2泡沫压裂液 耐温性 防止地层损害CO 2泡沫压裂液是压裂液体系的一个重要组成部分,在低压、水敏地层的压裂改造中,CO 2泡沫压裂液比其它压裂液体系性能优异。

为了建立完整的压裂液体系,辽河石油勘探局井下作业公司与中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院开展了CO 2泡沫压裂液性能研究项目。

室内研究1 CO 2泡沫压裂液基础配方在压裂液体系基础上经过优选,确定了CO 2泡沫压裂液(泡沫质量为50%~70%)试验基础配方。

(0.65%~0.70%)GRJ 改性瓜胶+0.1%杀菌剂+1.0%FL -36起泡剂+ 1.0%KCl 粘土稳定剂+0.3%DL -10助排剂+(0.003%~0.06%)过硫酸铵+1.5%AC -8酸性交联剂2 CO 2泡沫压裂液耐温耐剪切性能使用RV20旋转粘度计,在170s -1剪切速率和不同温度条件下,分别测定了泡沫质量为65%的交联泡沫压裂液的耐温和耐剪切性能,结果见表1。

3 CO 2泡沫压裂液耐温性能CO 2泡沫质量为65%的压裂液在不同温度下的流变性能见图1。

低渗透气藏压裂液：以甲醇水溶液为基液的二氧化碳乳状液【摘要】以乙醇水溶液为基液的高质量二氧化碳乳状凝胶液作为一种压裂液于1981年引入到加拿大西部沉积盆地（WCSB）。

自那时起，这种液体的使用就很成功，尤其是在低压、致密气藏的应用。

这种二氧化碳泡沫/乳状液具有传统高质量二氧化碳压裂液的全部优点，还有另外一个好处是可以大量减少入井的水。

本文讨论的是基于甲醇水溶液的二氧化碳乳状液，包括化学、流变性评价，以及这些液体在过去十年里在加拿大西部沉积盆地现场的成功应用。

【关键词】甲醇水溶液；二氧化碳乳状液；压裂液引言随着世界范围地对资源不断增长的需要，石油工业需要继续开发更低渗透率气藏。

极低渗透率气藏是很典型的低毛细管饱和状态，有时饱和的原始水和碳氢化合物远少于希望的常规毛细管机理所考虑的空隙系统。

这些地层也被叫做风干或脱水地层并广泛存在于世上的每一个角落。

引入一个额外的不能融和的相，或增加饱和在多孔介质内存在的相（1），能完全损害碳氢化合物的渗透率或相对渗透率。

这种现象通常称为水相或烃相的诱捕，并取决于当时的情况。

防止这些问题最通常的技术涉及到减少水基液体的使用。

甚至液体以很低的液体滤失（去减少浸入地层的深度）也易引起风干地层自发逆流的自吸效应。

减轻这种效应最有效的方法是使用界面张力还原剂（例如互溶剂或表面活性剂）或混相气体如CO2或LPG。

当转换成压裂液时，这涉及到以不伤害的方式利用以上提到的几种试剂开发压裂液体。

CO2作为压裂液的一种能量手段使用是一个旧的观念（2）。

这种高质量的CO2泡沫压裂液，以前已经评价过（3）。

本尼恩也讨论了使用CO2和甲醇去减少和降低低渗透气藏的损害（4）。

这样，所有构思的自然延伸是组合所有液体的优点，例如，开发一种乳状液使用高质量的CO2（80个质量单位或更高）和40%的甲醇代替外部凝胶相的水。

1.甲醇的特性和在压裂液地层的使用甲醇有一些很吸引人的特性使得它在压裂液中的使用广泛（5），在水中使用40%的甲醇使表面张力从72达因/厘米降低到40达因/厘米，冰点从0℃到-40℃，比重从1到0.95。

CO酸性冻胶泡沫压裂液的开发与应用2井下作业分公司夏宏郑善军张海龙摘要：本文简单介绍了常规压裂液冻胶的交联机理和所需环境，表明只有开发应用新的酸性交联剂才能形成酸性冻胶压裂液。

主要介绍了AC-m酸性交联剂的交联机理和酸性冻胶泡沫压裂液的配方研究、性能评价以及现场应用试验等情况。

通过试验可以看出，使用酸性冻胶压裂也可有效的减少地层伤害、提高砂比。

主题词：压裂液酸性交联破胶1 前言水基冻胶压裂液所用的植物胶的水溶性部分可交联成冻胶，冻胶具有较高的粘度和携砂能力，但是当压裂液体系的PH值小于7时冻胶又变成溶液，这个过程是交联的逆过程，称为“解交联”。

“解交联”以后的溶液没有了冻胶的粘弹性，耐温耐剪切能力变差，携砂能力迅速下降。

CO2泡沫压裂的压裂液体系本身就是处于酸性条件下的，所以以往施工只能以基液携砂，限制了砂比的提高，而且容易造成砂堵事故，因此迫切需要开发酸性冻胶压裂液。

2 常规压裂液冻胶交联机理图1 冻胶网状体形结构水基冻胶压裂液所用的植物胶的水溶性部分主要是以1，4β甙键相连的D-甘露吡喃糖为主链，以1、6α甙键相连的D-半乳吡喃糖为支链组成的长链中性非离子型多邻位顺式羟基的聚糖。

半乳糖与甘露糖之比不同导致了胍胶、田菁胶等植物胶的不同特性。

硼酸盐和过渡金属化合物通过顺式羟基-OH与胍胶等植物胶连接成网状体型结构的冻胶，如图1（a）。

当聚合物溶液浓缩到分子相互重叠时，图1（a）中的化合物能够与相重叠的聚合物反应，使之两两相连在一起如图1（b），产生了两倍于聚合物本身分子量的新物质。

因为每个聚合物链包含了许多顺式羟基，所以形成高分子网络的高粘度溶液。

这种反应必须在碱性条件下进行，高的PH值有利于交联冻胶的稳定性。

因为高的PH值可以使硼酸和硼离子之间的平衡向增加硼酸盐浓度的方向移动：H3BO3+OH- B（OH）4-常规交联剂有无机交联剂硼砂、有机交联剂有机硼、有机锆、有机钛等，各种交联剂的交联环境见表1。

CO2干法压裂据了解，二氧化碳压裂技术源于北美，是一种采用液态二氧化碳作为压裂液来代替水的技术，主要针对煤层气、水敏性储层、含原油较稠储层、低压储层的油气开发而设计。

液态二氧化碳在汽化后，无水相，无残渣，仅有支撑剂留在地层，不会对储层造成伤害，可实现快速排液投产；此外，二氧化碳具备比甲烷更强的吸附力，可置换出吸附于母岩的甲烷，从而提高天然气或煤层气的产量，并实现部分二氧化碳的永久埋存。

与常规水基压裂相比，二氧化碳干法压裂对地层几乎无伤害，具有良好的增产增能作用，大量节约了水资源，达到了节能减排、绿色环保的施工要求，对于非常规油气储层清洁、高效开发意义深远，具有广阔的应用前景。

一、工艺技术原理1、增产机理强水敏/水锁伤害储层由于水基压裂液的滤失而导致较大的储层渗透率损害，影响压裂作业的增产效果。

低压、低渗透气藏普遍具有较强的水锁伤害。

CO2干法加砂压裂能够较大幅度的提高强水敏/水锁伤害储层的压后产量，主要体现在：①压裂液具有极低的界面张力，受热汽化后能够从储层中完全、迅速返出；②压裂液无残渣，对支撑裂缝导流床具有较好的清洁作用，保持了较高裂缝导流能力和较长的有效裂缝长度；③CO2在地层原油中具有较高的溶解度，能够降低地层原油黏度，改善原油流动性；④超临界CO2具有极低的界面张力，理论上，对非常规天然气储层中吸附气的解析具有促进作用。

2、技术优点CO2干法加砂压裂具有诸多优点，主要体现在较小的储层渗透率伤害，较高的支撑裂缝导流能力保留系数，较快的压后返排速度和对吸附性天然气的解析等方面。

对于提高水敏／水锁伤害严重储层和吸附性天然气储层（页岩气、煤层气等）产能具有明显技术优势，是一项非常有前景的增产改造技术。

CO2干法压裂总结起来有以下优点：1）无水相，不会对储层造成水敏水锁伤害；2）无残渣，不会对储层和支撑裂缝渗透率造成残渣伤害；3）具有很好的增能作用，在压力释放后，二氧碳气体膨胀，可实现迅速返排，有低压气井的压后快速排液投产；4）CO2流动性强，可以流入储集层中的微裂缝，更好地沟通储集层；5）CO2溶于原油可以降低原油的黏度，利于原油的开采；6）CO2能够置换吸附于煤岩与页岩中的甲烷，在提高单井产量的同时，还可以实现温室气体的封存。

二氧化碳压裂增产技术摘要：近年来，二氧化碳压裂法作为一种新型的非水压裂法已被广泛地用于国外和国外的非传统石油资源的开采。

二氧化碳压裂工艺主要有二氧化碳泡沫和二氧化碳干压裂化两种工艺，对于非传统油藏（尤其是低压、低渗透、水锁、水敏伤害）的工艺改进具有重要作用。

为解决二氧化碳压裂增产问题，本文综述了二氧化碳压裂技术的原理、施工工艺、压裂液体系、设备要求等，并对当前的问题及发展方向做了简要的介绍，以期为相关人员（或工程）提供参考。

关键词：二氧化碳；压裂增产CO2 fracturing stimulation technologyXI Shangyong，XIA Xuhua，BAO Li（CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited Tuha Downhole operation company）In recent years, as a new non hydraulic fracturing method, carbon dioxide fracturing has been widely used in the exploitation of unconventional oil resources at home and abroad. Carbon dioxide fracturing technology mainly includes carbon dioxide foam and carbon dioxide dry pressure cracking, which plays an important role in the process improvement of unconventional reservoirs (especially low pressure, low permeability, water lock, water sensitive damage). In order to solve the problem of CO2 fracturing stimulation, this paper summarizes the principle, construction technology, fracturing fluid system, equipment requirements, etc. of CO2 fracturing technology, and briefly introduces the current problems and development direction, in order to provide reference for relevant personnel (or Engineering).Key words:carbon dioxide;Fracturing stimulation引言近几年，由于我国石油消费的日益增长，石油对外依赖性已达60%，而随着国内石油产区的不断减少，石油产量的不断减少，石油资源的供应也面临着严峻的挑战。

液态CO2压裂技术在低渗透油田的应用美国与加拿大广泛采用一种对储层无损害的液态CO2压裂技术，即用二氧化碳(液态)为携砂液(无水或任何处理剂)通过一个搅拌机，将支撑剂混于液态二氧化碳中。

其CO2设备已成笼配套，技术占有领先地位。

该工艺典型处理范围是在114～136m3的液态二氧化碳中加16—21t支撑剂(搅拌机的能力应达到21t 搅拌能力)，注入速度40—55bbl／min，费用为3～5万美元之间。

应用井深为884—4267m的低渗透油气藏砂岩地层和碳酸盐地层，油藏温度为48～180℃，油藏压力为7～91MPa。

在美国阿肯色—路易斯安娜—德克萨斯地区和新墨西哥州的San Juan盆地，应用CO2泡沫压裂及液态CO2加砂压裂均已获得较好的增产效果。

1 液态CO2压裂的主要特点(1) CO压裂的优点2液态CO2压裂处理的主要优点是：对储层无损害，缩短了清洗时间，不需要抽汲和压裂液罐，省掉了水处理的费用和运费。

避免生产层损害和残留压裂液，排液迅速，而且比较经济。

首先，液态CO2压裂可以消除常规压裂液容易导致的地层损害。

压裂中对地层的主要损害机理是压裂液对地层的相对渗透率、毛管压力以及粘土膨胀与运移产生的有害影响。

在低压和低渗透油藏中，对毛管压力和相对渗透率造成的损害变得更加关键。

在油层温度和压力下，CO2呈气态，这就使残余压裂液的饱和度为零。

在油层中，就完全消除了对裂缝面周围相对渗透率或毛管压力的损害。

第二个优点是，由于排液迅速，可以及时评价地层产能。

CO2产生的实效能量消除了压裂液留在地层中的所有残余流体。

所以说，液态CO2是低渗透气层理想的压裂液。

第三，液态CO2压裂是经济的。

与常规压裂液相比，这种方法用于压裂液排液和钻机在用时间的费用都少得多。

压裂处理后不要再抽汲洗井，对回收的压裂液也无需做任何处理。

井的评价也比用常规压裂液所花的时间少。

平均来说，压裂以后，只有1.5天即可试井。

对于那些渗透率极低或含水高的不经济井来说，压裂后1—2天即可作出最终评价。

二氧化碳泡沫压裂技术在苏里格气田的应用摘要：苏里格气田地层条件复杂、储层物性差、非均质性较强，水锁伤害严重、地层压力低。

二氧化碳泡沫压裂技术具有入井水冻胶量减少、滤失量小、压裂液体系pH 值较低、降低入井液界面张力、缩短了液体在地层中的滞留时间等特点，能够有效降低压裂液对储层的伤害，因此对苏里格气田具有较强的针对性和适用性。

针对苏里格气田低压、低渗、水锁伤害严重的特点，开展了二氧化碳泡沫压裂技术应用研究及现场试验。

通过对比分析苏里格气田二氧化碳泡沫压裂井和液氮伴注水力压裂邻井的压裂试气及生产情况，分析研究了二氧化碳泡沫压裂技术在苏里格气田的应用情况。

从对比结果来看，二氧化碳泡沫压裂技术能够提高压裂液返排率、缩短排液周期，提高气井生产能力、具有较好的稳产效果，能够有效的改善苏里格气田天然气井改造效果。

关键词：苏里格气田；二氧化碳泡沫压裂；水力压裂；产量目录1苏里格气田储层压裂改造地质特征概况 (3)2二氧化碳泡沫压裂在苏里格气田的适应性 (3)3长庆二氧化碳泡沫压裂研究成果 (2)3.1二氧化碳泡沫压裂设计优化 (2)3.2二氧化碳泡沫压裂液体系研究 (3)4二氧化碳泡沫压裂在苏里格气田的应用情况 (3)5苏里格气田二氧化碳泡沫压裂工艺应用效果 (5)5.1压后液体返排情况分析 (6)5.2压后试气情况分析 (7)5.3压后生产情况分析 (8)5.3.1日产气量对比情况分析 (8)5.3.2单位压降下累计产气量对比情况分析 (10)5.3.3采气指数对比情况分析 (11)5.3.4压后生产情况分析小结 (13)6下一步设想及思路 (13)1苏里格气田储层压裂改造地质特征概况苏里格气田储层物性差，岩心分析结果表明：盒8储层孔隙度为3.0-21.8%,平均8.95%。

渗透率在0.0148-561×10-3μm2之间,平均0.73×10-3μm2,主要分布范围0.1-0.9×10-3μm2。