压裂工艺技术简介课件

CO2压裂工艺技术简介 中国石化 中原石油勘探局 目录 一、CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势 二、CO2施工队伍及设备状况 三、CO2压裂施工工艺技术 四、CO2压裂施工选井选层原则 五、CO2压裂工艺技术应用概况 一、 CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势 国外泡沫压裂技术始于60年代末期的美国, 70年代得到了 较快的发展,7080年代泡沫压裂技术逐渐成熟，1980年底，在美国 东德克萨斯州成功地进行了几次大型泡沫压裂施工，泡沫液用量最 大已达到2233m3，加砂530t, 1985年美国已进行约3600井次的泡沫压 裂作业，约占总压裂井次的10。1986-1990年，采用泡沫压裂的比 例由20%上升到50%。90年代以后在北美地区(美国和加拿大)油、气 井的90%均采用泡沫压裂技术。 （国外） 国内，近几年中原、长庆、大庆、吉林等油田也开展了泡沫压裂 的现场试验工作，CO2泡沫压裂在中原、胜利、四川、吉林勘探、开发 井进行施工取得明显效果。 如孤北古1井压后使用5mm油嘴排采，初期日产气7.8104m3，最 高11.9104m3，日产液50-60m3，3天累计排液200 m3，地层未见出砂现 象。合5井25号层 ，压后日产气14.27104m3，产量提高了7倍；木126 区块新井投产时，于1998年4月在126-89井采用了CO2压裂。压后与该 区块同一时期投产7口井的数据相比，采用CO2压裂，初期采油强度达 1.238t/d.m，而其它7口井平均为0.255t/d.m，增加幅度高达385.4%， CO2泡沫压裂技术优势明显。 一、 CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势 （国内） 二、二、COCO 2 2 施工队伍及设备状况简介：施工队伍及设备状况简介： 1. 1.队伍介绍队伍介绍: : CO2 压裂队伍成立于2002年2月，主要负责CO2泡沫压裂及 相关工艺技术的设计和施工，全体主要指挥人员都经过美国斯 伦贝谢公司和双SS公司的专业技术培训。成立至今，独自完成 了100余井次的CO2压裂井的设计和施工，其中井深超过3500M 的凝析气井4口，有2口井压裂井段大于3700M，最大施工井深 超过4100米，已经累计完成了CO2泡沫压裂井20余井次，CO2增 能压裂井80余井次，CO2吞吐10余井次，施工成功率100%，并 且取得了良好的增产效果。 2. CO2压裂设备介绍 全套CO2机组包括8台COC22T型CO2罐车，两台IC-331型增压泵车以及 与之配套的气控扫线车等。 CO2罐车采用德国梅塞德斯奔驰公司生产的4140K底盘，罐体容积22吨 ，实际装载能力18吨。主要包括CO2容积罐，4“增压泵，增压泵液压控制系 统，液体排放控制系统等。每台罐车都可以利用其增压泵独立的向高压泵进 行灌注供液，从而满足压裂、吞吐等施工工艺的需求。 CO2增压泵车采用德国梅塞德斯奔驰公司生产的2031AK底盘，主要包 括台上卡特3116TA发动机、液压系统、吸入管汇、液气分离瓶、增压泵系统 、排出管汇、控制面板等。台上发动机额定功率为190马力，增压泵的最大排 量为4.65m3/min。 三、CO2压裂施工工艺技术 1、在物理上，CO2有三种不同相态，气态、液 态和固态,其临界温度和压力分别为31和 9.39MPa。在-18液态条件下，CO2泡沫密度为 1.020g/cm3，转化为0，l大气压（绝对压力） 下的气态标准体积为517m3。 2、CO2物理化学性质较稳定,不易与空气中其它 气体反应。但是在溶液中能同金属反应，随着 温度的升高，还可以同许多物质发生反应。CO2 溶于水生成碳酸，其pH值一般为3.33.7。 1、CO2基本物理化学性质： 三、CO2压裂施工工艺技术 2、CO2压裂工艺分类： （1）泡沫质量FQ：96-雾化压裂； （4）纯液态CO2压裂：100密闭混砂车； （5）CO2段塞增能压裂。 在一定的温度和压力条件下，泡沫液体中的气体体积与泡沫体积之比称为 泡沫质量（FQ)。 式中： VG气相体积； VL液相体积。 三、CO2压裂施工工艺技术 CO2泡沫压裂工艺是以CO2气液两相泡沫增能液体为载体，通过合理优化 CO2泡沫质量和压裂液配方、减少入井液量、降低储层伤害，达到增产的目的 新型压裂工艺。 CO2增能压裂是指泡沫质量低于52%的泡沫压裂和CO2段塞增能压裂。CO2 段塞增能压裂就是在加砂压裂前，向地层泵注入高泡沫质量的CO2泡沫，增加 压裂液的返排能力，达到快速排液之目的。CO2段塞增能压裂的施工流程与CO2 泡沫压裂完全相同，施工步骤也一样。由于CO2在预前置液前面，携砂液中没 有液体的CO2，因此，携砂液中支撑剂比例高，裂缝中铺砂浓度高，同时，CO2 的存在有利于聚合物在地层条件下降解，减少聚合物残渣数量，有利于提高裂 缝的导流能力。 三、CO2压裂施工工艺技术 3 3、CO2泡沫压裂液泡沫压裂液 CO2泡沫压裂液是由液态CO2 、水冻胶和各种化学添加剂组成的 液-液两项混合体系。 在向井下注入过程，随温度的升高，达到31临界温度后，液 态CO2开始气化，形成以CO2为内相，含高分子聚合物的水基压裂液 为外相的气液两相分散体系。 三、CO2压裂施工工艺技术 酸性环境交联压裂液酸性环境交联压裂液：YF800LPHYF800LPH体系体系(Schlumberger)(Schlumberger)。 液体组成液体组成：稠化剂、交联剂、：稠化剂、交联剂、pHpH调节剂、起泡剂、温度稳调节剂、起泡剂、温度稳 定定 剂、破胶剂等剂、破胶剂等 。 压裂液交联环境压裂液交联环境：pH= 5.5-6.5 pH= 5.5-6.5 。 发泡技术发泡技术：起泡剂浓度：起泡剂浓度0.4%0.4%，清水外相，清水外相2525，表面张力，表面张力 23.6mN/m23.6mN/m，起泡效率大于，起泡效率大于450450。在静态。在静态5050下半下半 衰期为衰期为2828分钟，在静态分钟，在静态8585下半衰期为下半衰期为1515分钟。当分钟。当 泡沫外相为冻胶时，泡沫液更加稳定。泡沫外相为冻胶时，泡沫液更加稳定。 （1）CO2压裂液体系压裂液体系 三、CO2压裂施工工艺技术 30%泡沫质量 50%泡沫质量 （2）CO2压裂液性能压裂液性能 三、CO2压裂施工工艺技术原理 vv交联环境：交联环境：pH=5.4pH=5.46.86.8 vv交联温度：交联温度：55 vv耐温能力：耐温能力：120120 vv交联时间：可根据井况条交联时间：可根据井况条 件调整件调整 vv耐剪切稳定性：耐剪切稳定性：120120、 170S170S-1 -1、 、90min,90min,粘度粘度 200mPa.S200mPa.S。 （2）CO2压裂液性能压裂液性能 三、CO2压裂施工工艺技术 （3）CO2泡沫压裂液摩阻特性 CO2气化后形成泡沫，施工摩阻增加，CO2泡沫液的摩阻为清水的45 70左右，当泡沫液中加入支撑剂后，随着支撑剂浓度增加，摩阻也相 应增加，压裂液摩阻增加大于静液柱压力增加引起的施工泵压下降，表现 出来是施工泵压上升。 三、CO2压裂施工工艺技术 （3）CO2泡沫压裂液摩阻特性 在室内实验、 压力拟合分析的基 础上，总结出CO2 泡沫压裂液在不同 施工排量、管柱下 的施工摩阻。 三、CO2压裂施工工艺技术 胡侧5-114井，2108.1-2124.6m 88.9mm油管注入 n白58井，3580.8-3628.1m n60.3mm油管环空注入 （3）CO2泡沫压裂液摩阻特性 三、CO2压裂施工工艺技术 井号层位射孔井段 m 储层厚 度m 渗透率 md 射孔产量 104m3/d 井口压力 Mpa 压后无阻流量 104m3/d 备注 联112-2J2s380.61.5 388.83 常规压裂 联115-3J2s2418-246626.40.14 数百方 2726 泡沫压裂 联115-2J2s2393-24051808-162-4 泡沫压裂 三、CO2压裂施工工艺技术 4、滤失性能 泡沫流体的降滤失性能 良好，在相同条件下，其滤 失系数比水、交联冻胶要小 。 泡沫流体滤失系数低， 是由于它本身独特的结构决 定了它具有良好的抗滤失能 力，这是由泡沫的气相和液 相之间的界面张力造成的。 当泡沫流体进入微细孔隙时 ，需要有较大的能量以克服 表面张力和气泡的变形。 三、CO2压裂施工工艺技术 5 5、不同温度下、不同温度下COCO 2 2 对原油粘度的影响对原油粘度的影响 三、CO2压裂施工工艺技术 6 6、目前国内、目前国内COCO 2 2 压裂工艺技术的限制：压裂工艺技术的限制： (1)(1)、施工规模；、施工规模；受二氧化碳罐车数量限制受二氧化碳罐车数量限制 (2)(2)、施工压力、施工压力/ /井深；井深；受地层温度限制受地层温度限制 由于CO2泡沫压裂工艺的上述技术限制，在深井(大于3800m) 和要求大规模的情况下，采用CO2段塞增能压裂，同样具有泡沫 压裂低伤害、滤失小、返排快的优点。 三、CO2压裂施工工艺技术 7 7、COCO 2 2 压裂施工井场布置压裂施工井场布置 1 1）COCO 2 2 设备的摆放应离其它设备和井口尽可能远，设备的摆放应离其它设备和井口尽可能远，COCO 2 2 增压泵和罐增压泵和罐 车距离其它设备和井口至少车距离其它设备和井口至少15m15m。 2 2）COCO 2 2 设备的摆放区域应远离工作人员区域并处于下风口。设备的摆放区域应远离工作人员区域并处于下风口。 三、CO2压裂施工工艺技术 7 7、COCO 2 2 压裂施工井场布置压裂施工井场布置 三、CO2压裂施工工艺技术 8 8、 COCO 2 2 压裂优势压裂优势 室内试验和现场实践证明，CO2压裂具有更好的增产效果，这主要是： n在压裂后，CO2可与地层水反应生成碳酸使体系的PH值降低，可减少对地层的伤害； nCO2体积膨胀系数是1:517, CO2液体转化为气体后膨胀的气体可以为地层增加能量将液 体从裂缝中驱出; n可降低采出流体的表面张力最高降幅可达到5倍，加速压后的返排，是低压储层理想 的液体； n加入CO2的压裂液产生的假塑性液体具有很好的传导性，在低渗油藏能很好地控制液 体地滤失； n压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大 ; n充满泡沫的液体极大地减少了与地层接触的液量，对地层造成伤害小，特别是对粘土 含量高的水敏地层可减少粘土膨胀 ； nCO2泵注时为液体其静液柱压力高，可有效降低地面泵压。 四、CO2压裂施工工艺选井选层原则 根据CO2的特性，分析CO2压后的地层渗透率保持率及CO2 对原油粘度的影响，结合目前中原压裂设备现状、已压裂井层的效 果分析评价，总结CO2压裂井的条件： 四、CO2压裂施工工艺选井选层原则 地层压力系数低、能量不足、严重亏空、压裂液返排困难的产层。 水敏性较严重的油气层。 粘土矿物含量高，易发生敏感威胁的产层。 气藏产水造成水锁产气量低甚至不产气的井。 井筒状况良好，套管完好、井况清楚。 油气层深度一般小于4500m，地层温度小于145。 五、CO2压裂工艺技术应用概况 不同压裂工艺压后平均日增气对比 2.68 1.79 0.63 00.511.522.53 CO2泡沫 CO增能 常规 平均单井日增气（ *104 m3) 2004年以来，共实施CO 2 2 增能/泡沫压裂88井（层）。施工井深824.0-4445.1m，最大压裂井 深 4426.5-4445.1m(濮深8井)，压裂井段最大跨距83.5m(部1-2井)，平均压裂厚度25 m，压裂井 最高地层温度157（濮深8井）。施工总液量6455.3 m3，平均单井用液293.4 m3；共注入CO 2 2 2254 t，平均单井注入CO 2 2 102.5 t，单井最高注入CO 2 2 140t（濮153井）；加粉陶50.8 m3，中 陶668.1 m3，平均单井加砂30.37 m3，平均砂比27.6%，平均排量4.13 m3/min，平均破压66.95 MPa ，压裂液返排80%平均时间3.9天。 1、基本情况 五、CO2压裂工艺技术应用概况 1、基本情况 工艺 对比 施 工 参 数 平均施工 井段(m) 平均压 裂厚度 (m) 平均单 井用液 (m3) 平均单井 加砂(m3) 平均加砂 强度 (m3/m) 平均 砂比 (%) 平均 排量 (m3/min) 平均 破压 (MPa) 平均排液 80%时间 (d) 常规 压裂 3970.6 -4011.0 10.1257.227.72.8725.43.6666.110 CO2 压裂 2980.0 -4445.1 25293.430.373.427.64.1366.953.7 CO2压裂与常规压裂施工参数对比表 五、CO2压裂工艺技术应用概况 2、CO2压裂裂缝裂缝几何形状 与常规压裂相同吗？ 井号 东翼缝长(m)西翼缝长(m)裂缝高度(m)裂缝方位() 产状 濮153152.7157.453.659.6 垂直 桥94153.9169.115.648.8 垂直 胡117199.5204.430.653.1 垂直 裂缝监测成果表 五、CO2压裂工艺技术应用概况 通过分析濮153井压 后测试资料，双对数 曲线呈典型的双轨形 态，反映该层段经过 压裂形成较长裂缝， 压裂工艺成功。 3、压后测试资料 五、CO2压裂工艺技术应用概况 4、排液效果评价 压后压裂液的快速返排可以减小地层伤害，提高压裂效 果。常规压裂压后排液80%所用的时间一般在10天以上，压 裂液在地层孔隙及裂缝中滞留时间长，造成地层伤害。 由于CO 2 2 所具有膨胀的特性，决定了CO 2 2 增能压裂比常规压 裂的压后返排速度快、返排率高、对储层的伤害小。 五、CO2压裂工艺技术应用概况 5 5、效果对比、效果对比 桥口白庙气藏不同压裂工艺施工参数及效果对比表 气藏 压裂 工艺 加砂强度 (m3/m) 平均砂比 (%) 排量 (m3/min) 平均单井日增气 (104m3/d) 桥口常规3.1422.63.960.0428 CO2（8）2