二氧化碳泡沫压裂液体系及其机理探讨

图 1 CO2 的三相图
空气大，约为空气密度的 1.5 倍。二氧化碳在不同条件下可以呈现
3.5 返排能力强：返排是压裂过程中非常重的以环节。特别是在
气、液、固三种相态。二氧化碳的三相图如图 1 所示。从图中可以看 含气致密砂岩压裂时，返排的好坏相当关键。如果返排不彻底，会降
出，二氧化碳存在三相点，即在 0.53lMPa 的压力和 56.6℃的温度 低气体的相对渗透率，降低产量。因为二氧化碳具有较大的压缩性，
2 二氧化碳泡沫压裂液的组成
育；③所选措施层位与周围水井连通，确保后续能量充足；④井况良
在二氧化碳泡沫压裂液体系中，气相二氧化碳属于分散相（不 好，能分层有针对性的进行施工；⑤剩余油分布较高的地区。
连续相），液相为分散介质（连续相）。液相通常由表面活性剂、冻胶、 4.2 储层条件好。二氧化碳压裂适用范围很广，不存在严格的限
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二氧化碳泡沫压裂液体系及其机理探讨
马占研
(大庆油田有限责任公司井下作业分公司,黑龙江 大庆 163000) 摘 要：二氧化碳泡沫压裂液是压裂液体系的一个重要组成部分，二氧化碳泡沫压裂液由于具有携砂能力强、排液迅速彻底和对储 层伤害小等优点，特别适合低压、低渗透和水敏性储层。目前使用已经越来越多，增产效果显著。本文对二氧化碳压裂液体系的组成、发展 进行了介绍，并分析了其增产机理。介绍了二氧化碳泡沫压裂的选井选层技术。 关键词：二氧化碳；泡沫压裂液；机理；选井选层
的深穿透和广延伸。②泡沫压裂液摩阻较低，可以使用更大的排量， 裂缝的导流能力。
产生较大的裂缝，其摩阻是清水的一半左右。③泡沫压裂液粘度较
3.4 摩阻小：由于泡沫
高，有利于压开地层，具有较强的携砂能力，提高支撑裂缝的导流能 结构的存在，二氧化碳泡
力。④返排能力较强，返排迅速彻底，地层伤害小。⑤对低压、水敏较 沫压裂液体系的摩阻小，
3 二氧化碳泡沫压裂液的增产作用机理
二氧化碳泡沫压裂液由于具有滤失量低，返排能力强、与地层
二氧化碳泡沫压裂液体系的增产效果好，其机理如下。
流体配伍性良好等优点，减小了压裂液对地层的伤害，比普通压裂
3.1 粘度高：二氧化碳泡沫压裂液体系中通常要加入适当的稠 液更适合于低渗低压、水敏性地层的压裂改造。目前已经得到普遍
强的地层压裂效果较好。⑥动用设备少，见效快，增产效果好。其中， 使得井口施工压力较低，
二氧化碳泡沫压裂液是一个重要组成部分，在低压、水敏地层的压 给大排量施工提供了良
裂改造中，二氧化碳泡沫压裂液比其它压裂液体系性能优异。[1,2] 好的先决条件，以便产生
1 二氧化碳基本性质
较大的裂缝面积。其摩阻
二氧化碳分子属于非极性分子，可溶于极性较强的溶剂，也可 仅仅相当于清水摩阻的 溶于原油中。在常温常压下，二氧化碳无色无味，呈气态。其密度比 一般左右。
化剂，加上二氧化碳本身的结构特点，其粘度较高。高粘度使得二氧 应用。压裂工艺技术和选井选层技术是取得良好增产效果的保证，
化碳泡沫压裂液的造缝能力强，能产生更宽更长的裂缝。
所以合适的选井选层和正确的压裂工艺十分重要。以后应该更进一
3.2 滤失低：泡沫的独特结构使得体系的滤失量较低。在体系中 步优化二氧化碳泡沫压裂设计，提高压裂液体系和压裂对不同储层
合物溶液，由于体系中发生了交联反应，使得其具有粘度高、携砂性 用的情况下，应选择主力区块的接替层，既厚度大，砂体发育连片的
好、稳定性好等特点。④稳定油基泡沫：该类型体系中的液相主要为 地区；③所选压裂层位应与水Leabharlann Baidu连通状况良好，保证地层能量充足。
烃类化合物，体系中不含水，所以其在水敏性地层中使用效果较好。 结束语
目前，泡沫流体在压裂中的使用越来越多，且增产效果显著。在 体系中沉降速度几乎为
美国，泡沫流体的使用比例已经占到总压裂井数的十分之一，每年 0。这种好的悬砂能力使
将近四千井次。泡沫压裂之所以越来越受到认可，是因为它具有如 得形成的裂缝中的支撑
下优势：①泡沫压裂液的滤失量较普通压裂液少，更加有利于裂缝 层十分均匀，大大提高了
刻，必须在高压低温(一般为 20MPa，- 18℃)下储存运输。在压裂使用 发效果。为了确保压裂施工的有效性，选井选层是关键。压裂选井选
过程中，必须使二氧化碳变为气态，以便形成泡沫，这就要求施工地 层中，应重点研究三个方面的问题，一般原则概括如下：
层的温度应高于二氧化碳的临界温度（31.16℃）。
4.1 构造优越。①压力较高；②油层均质情况相对较好，隔层发
盐水等组分组成。其中表面活性剂起稳定作用，冻胶增大体系的粘 制条件，既可适用于高渗透率的油气藏，更适用于低渗透率的油藏
度，以增强体系的造缝能力和携砂能力等。根据其组成可以讲泡沫 (小于 10×10-3um2)，既可用于稀油，也可用于稠油的油藏。①低含水
压裂液分为以下四个类型：①稳定泡沫：这种类型体系中的液相主 井；②所选措施层段油层发育好，厚度大，剩余油饱和度高，最好是
界点上，二氧化碳的密度为 448kg/m3。液态折合气态的体积为 546
4 二氧化碳泡沫压裂选井选层技术
m3。当温度低于临界温度时，不管压力多大，二氧化碳始终以呈气相
压裂改造是通过在近井地带形成压裂裂缝，沟通更多的油气
状态。二氧化碳的这些特殊的性质就使得其储存运输方式比较苛 层，提高压裂层的导流能力，恢复并提高油井产量，提高油气藏的开
要靠体系的粘度大小决定。而在二氧化碳泡沫压裂液体系中，由于 2004.
泡沫的独特结构使得高砂比的情况下，砂在体系中的沉降速度非常 [2]李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社，2002.
小。在室内实验中发现，10~20 目大小的砂在二氧化碳泡沫压裂液
通常加有增稠剂，增加了体系的造壁性能，使得滤失更容易得到控 特征的针对性和适应性，进一步提高单井产量，改善压裂增产效果。
制。所以二氧化碳泡沫压裂液体系的滤失系数很低，滤失量很小，液
参考文献
体几乎都用于造缝上，效率很高。
[1]曾雨辰等.中原低渗透油气藏 CO2 泡沫压裂工艺技术试验及应用
3.3 悬砂性好：在没有加二氧化碳的普通压裂液中，悬砂能力主 [A]. 水力压裂技术学术研讨会论文集 [M]. 北京: 中国石化出版社,
下，二氧化碳可以气、液、固三种相态同时存在。当压力和温度都低 所以其具有较强的储能能力。在施工完毕，压力降低时，气体膨胀，
于该点时，二氧化碳可能以固态和气态存在。
提供了足够的能量，举升液体的能力增强。排液速度快，排液彻底，
二氧化碳的临界压力和温度分别是 7.382MPa 和 31.16℃，在临 大大提高了裂缝的导流能力。
要为水或线性聚合物，其主要特点是比较容易配制，流变性好，稳定 新层；③产液量相对较好的地区；④选择地层能量充足井。
性好，滤失性较好。②酒精泡沫：该类型体系中液相主要是酒精，其
4.3 油气井井况好。①对于新投产层，应选在主力区块的主力油
浓度为 20%~40%。③高级泡沫：该类型体系中的液相主要为交联聚 层或非主力区块的主力油层；②对于已开发区块，在主力油层已动