煤层气田二氧化碳压裂适应性简介

1、中国石化中原油田勘探局 煤层气田二氧化碳增能/泡沫压裂工艺适应性煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第1页介绍提要第一部分：中原油田CO2压裂技术应用情况一、CO2压裂技术设备介绍 二、国、内外技术情况及发展趋势三、CO2增能/泡沫压裂技术介绍第二部分：LG-5井10煤层CO2压裂设计情况一、井基本数据二、设计思绪三、煤层采取CO2压裂依据四、施工设计方案介绍 中国石化 中原石油勘探局煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第2页一、CO2压裂技术设备介绍 煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第3页全套机组包含八台COC22T型CO2罐车，两台IC-331型增压泵车以及与之配套气控扫线车等。 CO2罐车采取德国梅塞

2、德斯飞驰企业生产4140K底盘，罐体容积22吨，实际装载能力18吨。主要包含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。每台罐车都能够利用其增压泵独立向高压泵进行灌注供液，从而满足吞吐等施工工艺需求。CO2增压泵车采取德国梅塞德斯飞驰企业生产2031AK底盘，主要包含台上卡特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、控制面板等组成。台上发动机额定功率为190马力，增压泵最大排量为4.65M3/min。 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第4页二、国内、外技术情况及发展趋势煤层气田二氧化碳压裂适应

3、性简介第5页国内，近几年中原、长庆、大庆、吉林等油田也开展了泡沫压裂现场试验工作，CO2泡沫压裂在中原、胜利、吉林勘探、开发井进行施工取得显著效果。如孤北古1井压后使用5mm油嘴排采，早期日产气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，产量提升了7倍；木126区块新井投产时，于1998年4月在126-89井采取了CO2压裂。压后与该区块同一时期投产7口井数据相比，采取CO2压裂，早期采油强度达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%，

4、CO2泡沫压裂技术优势显著。 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第6页国外泡沫压裂技术始于60年代末期美国, 70年代得到了较快发展,7080年代泡沫压裂技术逐步成熟，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，泡沫液用量最大已到达2233m3，加砂530t, 1985年美国已进行约3600井次泡沫压裂作业，约占总压裂井次10。1986-1990年，采取泡沫压裂百分比由20%上升到50%。到当前，北美地域(美国和加拿大) 98以上油井和气井均采取泡沫压裂。 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳

5、压裂适应性简介第7页将气体加入液体后形成两相压裂液作为压裂携砂液体。因为气体加入，从而提升了标准水基（油基或酸基）压裂液性能。增能/泡沫压裂包含N2泡沫压裂、 N2CO2二元泡沫压裂和CO2泡沫压裂。相对而言，二氧化碳比氮气含有更多优势。1、增能压裂中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第8页三、 CO2增能/泡沫压裂技术介绍煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第9页1、 CO2压裂优势室内试验和现场实践证实，CO2压裂具有更好增产效果，这主要是：在压裂后，CO2可与地层水反应生成碳酸使体系PH值降低，可降低对地层伤害；CO2体积膨胀系数是1:517, C

6、O2液体转化为气体后膨胀气体可认为地层增加能量将液 体从裂缝中驱出;可降低采出流体表面张力最高降幅可达到5倍，加速压后返排，是低压储层理想液体；加入CO2压裂液产生假塑性液体具有很好传导性，在低渗油藏能很好地控制液体地滤失；压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大;充满泡沫液体极大地降低了与地层接触液量，对地层造成伤害小，特别是对粘土含量高水敏地层可降低粘土膨胀；CO2泵注时为液体其静液柱压力高，可有效降低地面泵压。 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第10页2、CO2与N2增能助排对比 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术N2

7、在地面是以气体方式注入井下,其体积比不会发生改变, CO2是以 液体方式注入井下,其体积系数是1:517;N2在地层中不参加任何反应而CO2与地层水反应产生碳酸，有效地降低了系统总pH值，降低了压裂液对基质伤害；CO2可降低采出流体表面张力最高降幅可到达5倍，加速压后返排；压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大 ;加入CO2压裂液极大地降低了与地层接触液量，对地层造成伤害小，尤其是对粘土含量高水敏地层可降低粘土膨胀 ;煤层对CO2吸附能力是CH44倍，而对N2吸附能力基本为0。CO2泵注时为液体其静液柱压力高，可有效降低地面泵压。煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第11页（1)、泡沫质量FQ：

8、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。3、CO2压裂工艺分类： 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第12页CO2泡沫压裂液是由液态CO2 、水冻胶和各种化学添加剂组成液-液两项混合体系。在向井下注入过程，随温度升高，到达31临界温度后，液态CO2开始气化，形成以CO2为内相，含高分子聚合物水基压裂液为外相气液两相分散体系。4、CO2泡沫压裂液 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第13页 中国石化 中原石油勘探局CO2压裂液性能30%泡沫质量50%

9、泡沫质量CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第14页 (1).粘温特征：基液:剪切速率170S-1，粘度65-120mPa.S；冻胶：交联温度30-60；剪切速率100S-1，三个配方交联冻胶粘温曲线如图所表示。(2).破胶性能： 试验温度为70-140，加入配方对应破胶剂，6hr后表观粘度为1-3.0mPa.S。 中国石化 中原石油勘探局CO2压裂液性能CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第15页 压裂过程中，CO2在地面作为液体泵送，在井筒中当抵达它临界温度(31 )后CO2会气化，图为一口井实测井底温度曲线，从中看出压裂过程中，井底温度大部分时

10、间在31以上。 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第16页压裂液类型导流能力保持率泡沫压裂液8090聚合物乳化液6585油基压裂液（凝胶）4570线性胶（不交联）4555交联水基冻胶1050 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第17页在常规压裂前，在前置活性水阶段向地层泵入高泡沫质量CO2段塞，有隔离液与后续前置冻胶相隔，增加压裂液返排能力，到达快速排液之目标。CO2段塞增能压裂施工流程与CO2泡沫压裂完全相同。 中国石化 中原石油勘探局5、CO2段塞增能压裂CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧

11、化碳压裂适应性简介第18页压后压裂液快速返排能够减小地层伤害，提升压裂效果。常规压裂压后排液80%所用时间普通在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。因为CO2所含有膨胀特征，决定了CO2增能压裂比常规压裂压后返排速度快、返排率高、对储层伤害小。6、排液效果评价 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第19页比如桥84井，常规压裂后排液80%所用时间为11天，压力恢复测试计算污染系数为1.8。CO2增能压裂压后排液80%所用时间平均为3.9天，污染系数为0.02。比如濮深8井，CO2增能压裂压后排液80%所用时间为4.5天，压

12、后测试计算污染系数为0；濮153井CO2增能压裂，压后排液80%所用时间为5天，压后测试计算污染系数为0.05。经过对比压后压裂液返排时间及压后测试动态资料，说明CO2增能压裂也能够取得更加好排液效果。 中国石化 中原石油勘探局CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第20页7、国内其它油田压裂效果孤北古1井（胜利油田）：CO2段塞增能压裂，井段4120.6-4139.0m，地层温度157，施工方式卡封护套，加Carbo陶粒53m3，CO2 130t。5天排液200m3，6mm油嘴10.7104 m3/d天然气产量。探井丰深1井（胜利油田）：沙四段4316.6-4343m，1

13、4.8m/2n，11月采取增能压裂，注CO2量130t。压后取得了日产气8104 m3/d、油70t/d 效果。CO2增能/泡沫压裂工艺技术煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第21页 LG-5井10煤层CO2压裂设计情况一、井基本数据1.钻井基础数据 2.煤层基本数据层位 煤层井段 (m)厚度 (m) 声波时差(s/m) 孔隙度 (%) 泊松比 杨氏模量*104MPa 渗透率（md）10.1900.85-902.251.410.2905.95-907.15 1.2煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第22页3、煤层煤质特征：压裂目标层为类原生结构煤，煤体结构破坏较弱，煤渗透性很好，且有利于煤储层强化改造

14、办法实施； 4.煤层提议射孔数据层号 射孔井段 (m) 厚度 (m) 射孔枪型孔密（孔/m） 孔数（孔） 10.1900.85-902.25 1.4102枪102弹 16 3210.2905.95-907.15 1.2102枪102弹 16 64煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第23页 二、设计思绪：(1)该井10煤性质为I类原生煤，但煤层厚度小，煤层不纯，中间含有夹矸，依据以往压裂现场实践证实，提议此次煤层进行压裂改造时，加砂规模不宜过大。(2) 煤岩塑性特征强，新缝不易起裂与延伸；压裂泵注程序采取低起步小增幅加砂程序设计、高排量等办法，同时采取阶段加砂技术以确保加砂顺利进行。(3) 煤层吸水

15、性强，压裂液配方加入高效助排剂、杀菌剂、粘土稳定剂。（4）本井采取CO2+酸性水基压裂液增能施工试验，以提升液体效率，降低排液时间，力争取得裂缝长度与有效导流能力突破。（5）因为煤层温度较低，高浓度液体CO2无法快速气化，形成泡沫，为压后快速返排提供能量，且在未来返排过程中形成干冰，毁坏套管。煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第24页三、煤层采取CO2压裂依据依据一：煤层压裂改造可有效地将井孔与煤层天然裂隙连通起来，从而在排水采气时，更合理地分配井孔周围压降，增加产能和气体解吸速率，提升采收率，所以，压裂改造作为一个主要强化增产办法，在煤层气开采中得到普遍应用。中原石油勘探局井下特种作业处于工艺技

16、术方面已经取得了许多主要进展，积累了不少经验，尤其在煤层气井压裂改造方面，已形成了一套比较完善、配套工艺技术，现场应用取得了很好效果。 依据二：基于CH4、CO2和N2 三者在煤层表面吸附解吸特征存在差异性，Clarkson等人提出，在煤层气生产期间，能够经过向煤层中注入非CH4气体来降低游离气体中CH4分压或竞争吸附空间，从而促使CH4从煤层中解吸，增加CH4气产率。煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第25页为了研究CH4、CO2和N2在煤表面吸附能力，研究者做了一些试验。首先分别进行N2，CH4和CO2纯气体等温吸附试验，取得煤样对3种纯气体Langmuir常数(表1)。表1 三种纯气体等温吸

17、附试验结果(据唐书恒、汤达祯、杨起，)试验气体N2 CH4 CO2 Langmuir等温吸附常数 VL/(cm3.g-1) 14.6334.5842.25PL/MPa 2.141.710.59由试验结果能够看到，同一煤样对CO2，CH4和N2吸附试验结果相比，CO2值要比CH4值大，CH4值又比N2值大，即三种气体在煤中吸附能力大小次序是：CO2 CH4 N2。而PL值越大表明气体越轻易从煤中解吸，即三种气体优先解吸次序是：N2 CH4 CO2。煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第26页其次在CH4和CO2二元气体等温解吸试验中，吸附相CH4相对浓度逐步降低，CO2相对浓度逐步增加，故CO2能够促

18、进CH4解吸，提升其相对解吸速率。二元气体等温解吸试验表明，在进行注气强化煤层甲烷排采时，注入CO2比注入N2能够更高效地驱替煤层甲烷，提升煤层甲烷采收率。这是因为二元气体竞争吸附中，吸附能力较强气体组分吸附速率先快后慢，而吸附能力较弱气体组分吸附速率先慢后快。二元气体等温吸附过程中组分分馏效应，是因为煤对不一样气体组分吸附能力差异而造成。同理，在CH4和CO2竞争吸附中，CO2组分吸附速率是先快后慢，而CH4组分吸附速率先慢后快，解吸时则相反，反应出CO2在与CH4竞争吸附中占据优势；注入CO2气体数量越大、相对浓度越高，单位压降CH4解吸率和CO2吸附率就越高。煤层气田二氧化碳压裂适应性简

19、介第27页依据三：选取CO2+酸性水基压裂液进行压裂施工有以下优点；CO2为压后工作液返排提供了气体驱替作用；有利于压裂液快速返排等，不轻易形成压裂后残液附着于煤基质表面液体膜，最大程度降低了水锁作用；因为CO2与甲烷气体在煤基质吸附中吸附能力强，且再竞争吸附中甲烷处于劣势，故CO2能够置换出甲烷气体，有利于甲烷解吸，提升压裂改造效果；进入煤层后气态CO2还能控制液体滤失，提升压裂液效率；降低了水基压裂液用液量；采取酸性水基压裂液，降低CO2在水中溶解量以更加好发挥以上作用；采取CO2压裂降低了煤层中粘土矿物膨胀。煤层气田二氧化碳压裂适应性简介第28页四、施工设计方案介绍1.应备液体数量及配方2.支撑剂名称及其规格数量分项活性水