江汉涪陵页岩气压裂技术概述

3、压裂材料
压裂液：浓度1%的氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的稠化剂znj01。 压裂支撑剂：选用新型低密度陶粒。 支撑剂性能：粒径 ф0.3～0.6mm 20-40目，体积密度1.33g/cm3，在闭合压力 52 MPa下，铺置浓度为5kg/m2时，破碎率1.6%，-22℃冷冻100h后破碎率1.9%， 破碎率远小于标准 5 %的要求。在实验温度70℃，闭合压力40MPa，铺置浓度 5kg/m2 ， 实 验 时 间 5h 后 导 流 能 力 趋 于 平 稳 ， 实 验 170h 后 导 流 能 力 剩 余 130D· cm，较普通陶粒高30%以上，实验后覆膜陶粒无明显胶结。
具体配方为：液态二氧化碳+1%氟化丙烯酸酯-苯乙烯共 聚物的稠化剂znj01。 该稠化剂体系具有极快的溶解性和较好的流变性能，随着 稠化剂znj01和CO2混合，在超临界状态下，混合流体粘度 明显增加，最大增加200余倍，可以满足现场低砂比加砂需 求，说明该稠化剂具有较好的增粘效果。测试管段摩阻在加 入增粘剂后明显降低，说明流体在管线中的压力损失变小， 具有减阻作用，对压裂施工具有重大意义。
14:35-14:40 14:40-14:45 14:45-15:00
15:00-15:10
0.02 0.02 0.01
0.01
601.36 593.086 564.57
563.464
601.367 593.094 564.578
563.471
10.796 10.537 4.418
3.595 14:30加入 Znj01增粘 剂
优选稠化剂和支撑剂类型
保证
认识CO2干法压裂液体系综合 滤失系数及携砂性能
调整
输砂施工程序及前置液量 造长缝、满足最低裂缝导流要 求、确保缝口高导流能力； 施工指挥和控制以安全第一为 原则
根据现场施工压力情况调整压 裂方案
原则
第四部分 超临界CO2压裂现场工艺方案
2、压裂方式及地面工艺
压裂方式：套管注入单层压裂，单翼注入。 地面工艺： 井口：让 53 平 9-3 井压裂井口采用 10000psi 压裂井口，顶端注入， LU 级（ 46℃）； 地面管线：高压管汇和弯头要求额定工作压力 105MPa，PU级（-29℃），地 面管线要求31/2″钢级P110油管或压裂专用管线。
0.245%稠化剂znj01长时间剪切后粘度与水的粘度相当，可以满足现场低砂比加砂需求。
混合前
混合后
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
4、超临界CO2增粘剂的研究难点
CO2是由极性共价键构成的非极性分子，其永久偶极矩为零，介电常数和极化 率非常低。对于极性或高分子化合物而言，CO2是一种弱溶剂。CO2增粘的主要难 点包括： 1）备选化合物在CO2中的低溶解度。这是CO2增粘的最明显障碍。通常只有加入 大量助溶剂或者使用高氟化亲CO2分子，备选化合物才能溶解于CO2 。 2） CO2增粘的经济障碍。即使是增粘效果最好的含氟聚合物，要使CO2的粘度得 到显著增加，所需质量浓度也达数个百分点，而氟化物是非常昂贵的。 3）含氟增粘剂的环境障碍。虽然含氟聚合物增粘剂易溶于CO2 、增粘效果较理想， 但是含氟材料不仅成本高，而且不易降解，对环境存在污染。 4）温度、压力的影响。压裂过程中温度和压力的变化，不仅会影响增粘剂在CO2 中的溶解度，可能使其从CO2中析出，也可能使其失去在CO2中的增粘性能。 5） CO2专用增粘剂在天然气中的低溶解度。由于CO2和CH4性质的差异，为CO2设 计的增粘剂在天然气中的溶解度可能较低，因此在压裂过程中析出的增粘剂可能会 沉淀为固体或非常粘的液体，从而危害地层。
溶 共溶剂 解
增粘剂
提升流体粘度
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
3、超临界CO2增粘剂的研究路线
A.国外：遥爪型聚合物增粘剂
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
3、超临界CO2增粘剂的研究路线
B.国内：氟化丙烯酸酯-苯乙烯二元共聚物的合成思路
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
2、超临界CO2流体增粘机理
超临界流体中的分子聚集： 溶剂-溶剂间的聚集 溶剂-溶质间的聚集
溶质 分子
溶剂 分子
对较稀的临界流体溶液，在高度可压缩区，由于分子间的吸引作用，超临界流体在 溶质周围的密度可能远远大于溶剂本体的密度，导致局部密度的增强或局部组成的增
加，说明分子间发生了聚集。必须强调的是，各种聚集实际上是一个动态过程。流体
优 3.超临界CO2流体密度大，溶解能力强，可以溶解近井地带重油组分， 势 为输送通道减少油气阻力。
4.可使粘土矿物脱水，导致粘土矿物颗粒变小，增大孔隙和渗透率。 5.超临界CO2表面张力几乎为零，能进入细小的孔隙，并高效置换CH4。 6.超临界CO2气源充足，压裂成本低；不含颗粒和水，不污染储层。
密度 扩散系数 0.448 （g/cm3） （cm2/s）
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
1、超临界CO2流体性质
单相
表面张力随温度的变化
密度随温度和压力的变化
通过对比CO2气体、液体、超临 界状态下的物理性质，发现在临界
粘度和压力的关系
点附近流体的性质有突变性和可调
性，即可通过调节体系的温度和压 力控制其流体性质，如密度、粘度、
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
2、超临界CO2流体增粘机理
增粘机理：
具备液体性质 超临界CO2
具备气体性质
理想的增粘剂在CO2中通过分
子链间的缠结以及相邻分子间 的缔合构成分子聚集体，同时 存在协同作用。应选取合适的 亲CO2官能团，设计合成超临界 CO2专用增粘剂，以满足工程应 用的需要。
自扩散系数和压力的关系
扩散系数、溶剂化能力等。
温度/℃：1-0、2-37、3-47、4-75、5-77
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
1、超临界CO2流体性质
两相
组分体系 Ⅰ型相图：CO2－烷烃（n≦5） Ⅱ型相图：CO2－烷烃（7≦n≦13） Ⅲ型相图：CO2－烷烃（n>13）
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
表1 Znj01稠化剂流变摩阻实验结果 时间 (min) 14:00-14:10 14:10-14:30 摩阻 (MPa/Km) 0.45 0.46 超临界CO2 流体密度(g/cm3) 624.682 627.662 超临界流体 密度(g/cm3) 624.689 627.669 平均流体粘度 (mPa· s) 0.046 0.057 备注 14:00开始 实验
汇报大纲：
第一部分 超临界CO2压裂的优势及存在问题 第二部分 超临界CO2与增稠剂作用机理研究 第三部分 超临界CO2流变摩阻测试 第四部分 超临界CO2压裂现场工艺方案
第三部分 超临界CO2流变摩阻测试
1、超临界CO2流变摩阻测试装置
第三部分 超临界CO2流变摩阻测试
2、超临界CO2流变摩阻测试实验流程
2 存 在 2.超临界CO2压裂液滤失性比水基压裂液强。 问 3.超临界CO2易穿透，所以需要特殊的配套设备。 题 4.CO 需降温液化后才能加压升温至超临界状态，故地面需降温装置。 2
1.超临界CO 粘度很低，携砂能力差。
汇报大纲：
第一部分 超临界CO2压裂的优势及存在问题 第二部分 超临界CO2与增稠剂作用机理研究 第三部分 超临界CO2流变摩阻测试 第四部分 超临界CO2压裂现场工艺方案
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
1、超临界CO2流体性质
单相
由数据可知，CO2要达到超临界状态并 不难实现。但是其粘度偏低，会导致压裂 液的携砂能力差，达不到预期的压裂增产 效果，而其扩散系数偏小，溶剂化能力强。 因此对超临界CO2进行增粘是必要可行的。 物性特征 溶剂 临界参数 温度 （℃） CO2 压力 （MPa） 31.1 7.38 密度 （g/cm3） 粘度 （mP·s） 气体 0.0060.002 10-2 10-1 临界 0.2-0.9 0.03-0.1 10-4 液体 0.6-1.6 0.2-3.0 10-5
溶质-溶剂分子间相互作用： 共溶剂-溶质分子间相互作用： 由于分子间存在较强的相互 由于溶质和溶剂分子间 存在较强的相互作用，故 在溶质和溶剂之间会形成 聚集体。 作用，故在溶质-溶剂、共溶 剂-溶质之间会形成聚集体。 且在高度压缩区，局域的共溶 剂-溶质分子间作用力往往大 于溶剂-溶质的。
溶质-溶质分子间相互作用： 在高度可压缩的较稀超临界 流体溶液中，除了有溶剂-溶 质聚集和共溶剂-溶质聚集存 在外，还存在溶质-溶质的聚 集。
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
3、超临界CO2增粘剂的研究路线
氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物增稠剂znj01的介绍 液态CO2粘度低，滤失大，携砂性能差，为了满足地层条件下携砂要求，优选了氟化 丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的稠化剂znj01，该稠化剂具有无毒性，化学稳定性强，不易挥
发，不易燃，对金属、塑料、玻璃无腐蚀性。并且具有极快的溶解性和较好的流变性能，
超临界CO2压裂液体系的构筑 及性能评价
汇报人： 黄 倩 指导老师：付美龙
二〇一六年四月
汇报大纲：
第一部分 超临界CO2压裂的优势及存在问题 第二部分 超临界CO2与增稠剂作用机理研究 第三部分 超临界CO2流变摩阻测试 第四部分 超临界CO2压裂现场工艺方案
第一部分 超临界CO2压裂的优势及存在问题
中除了可能存在溶剂-溶剂、溶剂-溶质间的聚集外，还可能存在溶质-溶质间的聚集。 而在高压区，由于流体的压缩性很小，聚集现象不明显。
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
2、超临界CO2流体增粘机理
超临界流体中的分子间的相互作用： 共溶剂的加入能增加物 质的溶解度、改善反应 共溶剂 的选择性等。
中国油气藏现状
常规水力压裂
？
非常规油气藏
吸附气 溶解气
常规油气藏
游离气
在非常规油气藏中，进行常规水力压裂时，大量水进入储层，会使粘土发生膨胀，导 致孔隙堵塞，甚至造成井壁垮塌。为了防止膨胀现象而加入防膨剂等药剂，不但造成污染， 而且无法从根本上避免膨胀。会对地层和地下水造成污染，改变地应力诱发地震，且单口 井压裂需要 1-2 万方水，若进行大规模水力压裂对水的需求量过大。
汇报大纲：
第一部分 超临界CO2压裂的优势及存在问题 第二部分 超临界CO2与增稠剂作用机理研究 第三部分 超临界CO2流变摩阻测试 第四部分 超临界CO2压裂现场工艺方案
第四部分 超临界CO2压裂现场工艺方案
1、压裂设计技术路线
CO2干法压裂施工工艺
实现
储层无污染压裂改造，增加地层 能量提高单井产能 压裂施工及支撑剂铺置
1、超临界CO2流体性质
温度/℃： 1－38 2－71 3－105 4－139 5－172 6－197 7－238
两相
温度/℃： 1－46.1 2－71.1 3－104.4
温度/℃： 1－40 2－50 3－60
温度/℃： 4－15 5－20 6－25 7－30 8－35
第二部分 超临界CO2与增稠剂的作用机理研究
3、超临界CO2增粘剂的研究路线
C.国内：梯形聚甲基倍半硅氧烷的合成思路
第一步 ,将甲基三氯硅烷与胺按1∶1 . 5的摩尔比混合, 胺先与活性较大的 Si-Cl 键起 反应,反应式如1所示 : 第二步, 由于胺解产物的水解反应为离子反应, Si -Cl 键和 Si -N 键的离子特性相同, 均 为30 %,但是 Si -N 键存在空间位阻。因此, 通过控制水的加入量, Si -Cl 键将先水解缩 聚形成梯形骨架, 然后 Si -N 键在酸的催化下也水解缩聚形成具有 Si -O -Si 四元结构 的梯形聚合物,反应过程如2所示:
CO2常压 降温液化 CO2 液态CO2与 增粘剂混合 升温加压，使混合流 体达到超临界状态
气 源
冷 机
混 合 罐
分离出气体CO2， 循环使用
加热器
加压器
液态CO2与 增粘剂分离
分 离 罐
测试管线
测试混合流体在超临 界状态下的流变摩阻
分离出增粘剂， 可循环使用
第三部分 超临界CO2流变摩阻测试
3、超临界CO2流变摩阻测试评价结果
第一部分 超临界CO2压裂的优势及存在问题
超临界CO2压裂技术说明
技术名称 适用范围 技术特点
1. 超临界CO2压裂的破岩门限压力低，大幅提高了钻井速度。
2. 超临界CO2黏度低，更容易沟通细小的裂隙，并易在岩层中压出多 而复杂的微裂缝，提高单井产量和采收率。
超 临 界 CO2 压 裂
ຫໍສະໝຸດ Baidu非 常 规 油 气 藏