泡沫压裂

目录

1、泡沫压裂的基本概念 (3)

2、泡沫压裂的发展及应用 (3)

3、影响泡沫压裂的因素 (4)

3.1 选择合适的起泡剂 (4)

3.2 添加适当的稳定剂 (4)

3.3 提高液相的粘度 (4)

3.4 使气相与液相均匀混合 (4)

3.5 温度与起泡剂浓度 (4)

4、泡沫压裂液体系的性能评价 (5)

4.1 流变性能 (5)

4.2 滤失性 (5)

4.3 携砂性 (5)

5、泡沫压裂的特点 (6)

6、山西沁水盆地煤层气井设计思路 (6)

6.1 TS41-02井压裂施工设计（低密+co2） (7)

6.1.1 压裂液和支撑剂选择 (7)

6.1.2 施工参数及泵注程序 (7)

6.2 TS41-03井压裂施工设计 (9)

6.2.1 压裂液和支撑剂选择 (9)

6.2.2 施工参数及泵注程序 (10)

6.3 TS41-05井压裂施工设计 (11)

6.3.1 压裂液和支撑剂选择 (11)

6.3.2 施工参数及泵注程序 (12)

6.4 TS52-07井压裂施工设计 (14)

6.4.1 压裂液和支撑剂选择 (14)

6.4.2 施工参数及泵注程序 (14)

6.5 TS52-08井压裂施工设计 (16)

6.5.1 压裂液和支撑剂选择 (16)

6.5.2 施工参数及泵注程序 (17)

1、泡沫压裂的基本概念

泡沫压裂是指在常规压裂液的基础上加入起泡剂，氮气或者二氧化碳气体，形成泡沫从而组成以气相为内相、液相为外相的低伤害压裂液体系的压裂过程。泡沫压裂液属于较为复杂的非牛顿液体，它的性质，流动行为和特征受到许多可变因素所控制。气体泡沫质量(在给定温度和压力下，气体体积占泡沫体积百分比)多为50%～70%，泡沫质量小于52%时为增能体系，一般用作常规压裂后的尾追液，以帮助压后残液的返排;气泡质量大于52%时，内相气泡颗粒小，稳定性好，半衰期(从泡沫中分离出一半液体所需要的时间)长，分布均匀，流动时气泡与气泡相互接触，相互干扰，使其黏度大，携砂能力强，可以用于压裂液。

2、泡沫压裂的发展及应用

泡沫压裂液早在20世纪70年代就在美国率先得到应用，1982年以后就有了较大发展。泡沫压裂液研究大致可以分为四个阶段:70年代所用的第一代泡沫压裂液，主要由盐水、酸类、甲醇、原油、氮气和起泡剂配制而成，由于泡沫稳定性差并且寿命短，而且携砂浓度只有120～240 kg/m3，所有仅适用于浅井小规模施工；80年代所使用的第二代泡沫压裂液由盐水、起泡剂、聚合物(植物胶)、稳泡剂和氮气或二氧化碳组成，它的泡沫稳定性好并且半衰期长、黏度大，携砂浓度可达480～600 kg/m3，适用于各类油井压裂施工；90年代的第三代泡沫压裂液由盐水、起泡剂、聚合物、交联剂、氮气或二氧化碳组成，由于它是用交联冻胶体作为稳泡剂，所以气泡分散得更均匀、稳定性更强、粘度更大，携砂浓度大于600 kg/m3，因此适用于高温深井压裂施工；90年代后的第四代泡沫压裂液在组成上与第三代比较类似，但更强调内相气泡的分布和体积的控制，具有更好的抗温耐剪切性、半衰期更长、粘度更大、携砂能力更强的特性，携砂浓度可以达到1440kg/m3以上，加砂规模可达到150吨以上，能够满足大型加砂压裂施工的要求。我国对泡沫压裂液的研究与应用开始于20世纪80年代后期。在1988年辽河油田进行了氮气泡沫压裂液施工后，1997年吉林油田也引进二氧化碳泡沫压裂液设备进行了油层吞吐以及二氧化碳助排压裂的应用，由此拉开了我国泡沫压裂液研究及应用的序幕。1999年长庆靖安油田对陕28、陕11和陕156等油气井进行二氧化碳泡沫压裂液施工，获得油气无阻流量7.7×104m3/d、56.6×104m3/d和15.4×104m3/d，增产效果比较明显；2000年江苏油田对GX1、W2-3、SN20三口油井进行二氧化碳泡沫压裂液施工，GX1井和W2-3井自喷返排率高达78.78%和86.97%，而

GX1井相似油层常规压裂后返排率不到20%，W2-3井压后原油产量由以前的4.0 t/d上升到6.7 t/d，SN20井发生砂堵只加砂7.4 m3，但原油产量仍由5.2 t/d上升到12.8 t/d，增产效果也非常明显；2004年大庆油田对扶扬油层民6井F1号层采用二氧化碳泡沫压裂施工，原油工业产量也达到了4.1 t/d的，增产效果十分明显。

3、影响泡沫压裂的因素

气泡质量大于52%时，使其黏度大，携砂能力强，可以用作压裂液影响气泡质量的主要因素就是气泡的稳定性。

3.1 选择合适的起泡剂

选择合适的起泡剂可以降低液相的表面张力，有利于形成泡沫，并且能增加液膜的弹性和强度，使液膜能经受表面自由能的自发降低或因其它机械原因而导致膜破裂的威胁。并且起泡剂的用量要适当。

3.2添加适当的稳定剂

在起泡剂溶液中加入少量的稳定剂，可以促使多种表面活性剂产生协同作用，从而大幅度提高泡沫稳定性。

3.3提高液相的粘度

提高液相的粘度能使其形成冻胶表层以便降低液膜的排液速度。

3.4使气相与液相均匀混合

通过高压和均匀微孔（泡沫发生器）把气相吹入，使气相与液相均匀混合，以便生产泡径大小均匀并且结构微细的泡沫，这有利于减小液相的排液速度，延长泡沫的寿命。

3.5温度与起泡剂浓度

随着温度的增加表面张力也随之发生变化，液相粘度也随之下降，液体蒸发速度加快，泡沫稳定性变弱。为了保持泡沫的稳定性，我们应该在温度增加的同时适当增加起泡剂的浓度。

4、泡沫压裂液体系的性能评价

4.1 流变性能

流变性泡沫流动时气泡之间滑动，气泡还可能变形，需要克服的阻力比基液流动要大，故粘度比基液大。泡沫流动时，随着切力的增加，结构逐渐析散，阻力减小，表现为剪切稀释性质，见图4-1。

图4-1 泡沫压裂液体系的剪切流变性能

由图4-1可知，泡沫体系的剪切稀释性比较稳定，当剪切速率在145 s－1时，剪切2 h 泡沫压裂液体系的粘度稳定在100 mPa·s ，表现出一定的抗剪切能力。

4.2 滤失性

滤失性压裂液向煤层内的渗透性决定了压裂液的压裂效率，通常情况下用滤失系数来衡量压裂液的压裂效率和在裂缝内的滤失量。

通过计算，得到所使用的泡沫体系的滤失系数1.54×10－5m/min1 /2 ，初始滤失量为4.1×10－3m3/m2，测得泡沫基液的滤失量为0.56×10-3m3/m2，相对于常规表面活性剂压裂液的滤失量2.8×10－3m3/m2，泡沫基液的初始滤失量相对较低，主要原因可能是由于泡沫压裂液的液相很少，仅占10%～50%，气体在压裂液中形成泡沫，液体粘度增大，也增加了毛细管力，使液相在地层的有效渗透性降低，减少了压裂液的滤失，以至滤入地层的液相减小。

4.3 携砂性

携砂性能支撑剂在压裂液中的沉降速率将直接影响到压裂支撑裂缝的几何尺寸和裂缝导流能力，提高压裂液的携砂性能，即提高压裂施工中砂液比，这样可以避免在施工中出现砂堵等情况。