CO2压裂工艺技术简介

体从裂缝中驱出;

的液体；

体地滤失；

含量高的水敏地层可减少粘土膨胀 ；

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
Eta [mPas] Gp [1/s]
耐温能力：120℃
交联时间：可根据井况条
件调整 耐剪切稳定性：120℃、 170S-1、90min,粘度 ≥200mPa.S。
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。
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、CO2压裂施工井场布置
1）CO2设备的摆放应离其它设备和井口尽可能远，CO2增压泵和罐
车距离其它设备和井口至少15m。 2）CO2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
2、CO2压裂工艺分类：
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)。
FQ VG 100 % VL VG
式中： VG――气相体积； VL――液相体积。
（1）泡沫质量FQ：<52％--增能压裂； （2）泡沫质量FQ：52％-96%--泡沫压裂，现场通常采 用FQ在52％-74%； （3）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。
①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。
②水敏性较严重的油气层。 ③粘土矿物含量高，易发生敏感威胁的产层。 ④气藏产水造成水锁产气量低甚至不产气的井。
⑤井筒状况良好，套管完好、井况清楚。
⑥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
一、 CO2压裂施工工艺技术状况及发展趋势 （国内）
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7.8×104m3，最 高11.9×104m3，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14.27×104m3，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。
CO2压裂工艺技术简介
压裂工程部 井下特种作业处
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）
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,70～80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。
0
时间
时间
射孔井段
井号 层位 m 联112-2 联115-3 联115-2 J2s J2s J2s 2418-2466 2393-2405
储层厚
度m 38 26.4 18
渗透率
md 0.6 0.14
射孔产量
10 m /d 1.5 × 数百方 0
4 3
井口压力 压后无阻流量
备注 Mpa 38 27 8-16 10 m /d 8.83 >26 2-4 常规压裂 泡沫压裂 泡沫压裂
ф88.9mm 油管
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。
2
1.6
摩 阻
1.2
Mpa/100m 0.8
0.4
0 2 2.5 3 3.5
流体与摩阻关系图
2-7/8"油管（CO2泡沫质量65%） 2-7/8"油管（胍尔胶）
三、CO2压裂施工工艺技术
1、CO2基本物理化学性质：
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3.3～3.7。
泡沫外相为冻胶时，泡沫液更加稳定。
三、CO2压裂施工工艺技术
（2）CO2压裂液性能
0.1mm
0.1mm
30%泡沫质量
50%泡沫质量
三、CO2压裂施工工艺技术原理
（2）CO2压裂液性能 交联环境：pH=5.4～6.8 交联温度：5℃
Visco,mPa.S
700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 time,min 40 50 60
（1）CO2压裂液体系 酸性环境交联压裂液：YF800LPH体系(Schlumberger)。
液体组成：稠化剂、交联剂、pH调节剂、起泡剂、温度稳 定 剂、破胶剂等 。
压裂液交联环境：pH= 5.5-6.5 。
发泡技术：起泡剂浓度0.4%，清水外相25℃，表面张力
23.6mN/m，起泡效率大于450％。在静态50℃下半 衰期为28分钟，在静态85℃下半衰期为15分钟。当
表 泡沫液与清水的摩阻
液体名称 注入排量（m3/min） 环 空 (MPa/1000m) (ф139.7mm 套 管 与 ф60.3mm 油管) 摩阻系数 3.0 14.0 6.2 清水 3.5 20.0 9.0 4.0 23.0 10.8 50％质量的泡沫液 3.0 7.0 4.1 3.5 9.0 5.4 4.0 10.2 6.0
4 3
砂浓度 Kg/m3
排量 m3/min
6.0
600
排量 m3/min
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。
2008-1-4
油管压力 MPa 套管压力 MPa 排量 m3/min 砂浓度 Kg/m3
油管压力 MPa 套管压力 MPa
联115-2 mianfrac施工曲线
2008-1-10
排量 m3/min 砂浓度 Kg/m3
100
10.0
1000
60
10.0
1000
80
8.0
800
50
8.0
800
套管压力 MPa
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
二、CO2施工队伍及设备状况简介：
1.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
三、CO2压裂施工工艺技术
5、不同温度下CO2对原油粘度的影响
120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 温度 0C 原油粘度mPa.s 半饱和CO2原油粘度 饱和CO2原油粘度
三、CO2压裂施工工艺技术
6、目前国内CO2压裂工艺技术的限制： (1)、施工规模；受二氧化碳罐车数量限制 (2)、施工压力/井深；受地层温度限制
三、CO2压裂施工工艺技术
7、CO2压裂施工井场布置
三、CO2压裂施工工艺技术
8、 CO2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：

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； CO2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 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 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 压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大 ; 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 CO2泵注时为液体其静液柱压力高，可有效降低地面泵压。
排量
m /min
3
3-1/2"油管（CO2泡沫质量65%）
三、CO2压裂施工工艺技术
（3）CO2泡沫压裂液摩阻特性
胡侧5-114井，2108.1-2124.wk.baidu.comm ф88.9mm油管注入

白58井，3580.8-3628.1m ф60.3mm油管环空注入
三、CO2压裂施工工艺技术
联115-3 mainfrac施工曲线
三、CO2压裂施工工艺技术
3、CO2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
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。
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。
套管压力 MPa
40
砂浓度 Kg/m3
60
6.0
600
30 4.0 20
油管压力 MPa
20
2.0
200
油管压力 MPa
40
4.0
400
400
10
2.0
200
0 01:30:00 02:00:00 02:30:00 03:00:00
0.0
0
0 02:30:00 03:00:00 03:30:00
0.0