煤层气田二氧化碳压裂适应性简介

3、煤层煤质特性： 压裂目的层为Ⅰ类原生结构煤，煤体结构破坏较弱，煤的 渗透性较好，且有利于煤储层强化改造措施的实施；
4.煤层建议射孔数据
射孔井段 (m) 900.85902.25 905.95907.15 厚度 (m) 1.4 1.2 射孔枪型 孔密 （孔/m） 16 16 孔数 （孔） 32 64

1.钻井基础数据 2.煤层基本数据
层位 煤层井段 (m) 900.85-902.25 905.95-907.15 厚度 (m) 1.4 1.2 声波时差 (μs/m) 孔隙度 (%) 泊松比 杨氏模 量 *104MPa 渗透率 （md）
10.1＃ 10.2＃
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(2).破胶性能： 试验温度为70-140℃，加入配方对应的破胶剂，6hr后表观粘度为13.0mPa.S。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
压裂过程中，CO2在地面作为液体泵送，在井筒中当到达它的临界温度(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
三、煤层采用CO2压裂的依据
四、施工设计方案简介
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一、CO2压裂技术的设备简介
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
全套机组包括八台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 等组成。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。
-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。
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CO2增能/泡沫压裂工艺液态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
在常规压裂前，在前置活性水阶段向地层泵入高泡沫质量
的CO2段塞，有隔离液与后续的前置冻胶相隔，增加压裂液的返
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。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
6、排液效果评价
压后压裂液的快速返排可以减小地层伤害，提高压裂效果。 常规压裂压后排液80%所用的时间一般在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。 由于CO2所具有膨胀的特性，决定了CO2增能压裂比常规压裂的

层号
10.1 ＃ 10.2 ＃
102枪102弹 102枪102弹
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二、设计思路：




(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，根据以往压裂现场实践证明，建议本次煤层进行压 裂改造时，加砂规模不宜过大。 (2) 煤岩的塑性特征强，新缝不易起裂与延伸；压裂泵注程序采 用低起步小增幅加砂程序设计、高排量等措施，同时采用阶段加 砂技术以保证加砂顺利进行。 (3) 煤层吸水性强，压裂液配方加入高效助排剂、杀菌剂、粘土 稳定剂。 （4）本井采用CO2+酸性水基压裂液的增能施工试验，以提高液 体效率，减少排液时间，力争取得裂缝长度与有效导流能力的突 破。 （5）由于煤层温度较低，高浓度的液体CO2无法快速气化，形成 泡沫，为压后快速返排提供能量，且在未来的返排过程中形成干 冰，毁坏套管。
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为了研究CH4、CO2和N2在煤表面的吸附能力，研究者做了一些实 验。首先分别进行N2，CH4和CO2纯气体的等温吸附实验，获得煤 样对3种纯气体的Langmuir常数(表1)。
表1 三种纯气体的等温吸附实验结果(据唐书恒、汤达祯、杨起，2004) 实验气体 N2 14.63 2.14 CH4 34.58 1.71 CO2 42.25 0.59
煤层气田二氧化碳 增能/泡沫压裂工艺适应性
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简介提纲
第一部分：中原油田CO2压裂技术应用情况 一、CO2压裂技术的设备简介
二、国、内外技术状况及发展趋势
三、CO2增能/泡沫压裂技术简介 第二部分：LG-5井10＃煤层CO2压裂设计情况 一、井的基本数据 二、设计思路
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三、煤层采用CO2压裂的依据

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的压降，增加产能和 气体解吸速率，提高采收率，因此，压裂改造作为一种重要的强 化增产措施，在煤层气开采中得到普遍应用。中原石油勘探局井 下特种作业处在工艺技术方面已经取得了许多重要进展，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、配套的工艺技术，现场应用取得了较好效果。 依据二：基于CH4、CO2和N2 三者在煤层表面的吸附－解吸特性 存在差异性，Clarkson等人提出，在煤层气生产期间，可以通过 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的气产率。
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
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％。19861990年，采用泡沫压裂的比例由20%上升到50%。到目前，北 美地区(美国和加拿大) 98％以上的油井和气井均采用泡沫压 裂。 中国石化 中国石化 中原石油勘探局 中原石油勘探局 第7页
试计算污染系数为0；濮153井的CO2增能压裂，压后排液80%所用的时间为5
天，压后测试计算污染系数为0.05。 通过对比压后压裂液的返排时间及压后测试的动态资料，说明CO2增 能压裂也可以取得更好的排液效果。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
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
液为外相的气液两相分散体系。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
CO2压裂液性能
0.1mm
0.1mm
30%泡沫质量
50%泡沫质量 中国石化 中原石油勘探局
CO2增能/泡沫压裂工艺技术 CO2压裂液性能
(1).粘温特性：
⑴基液:剪切速率170S-1，粘度 65-120mPa.S； ⑵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示。
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
1、增能压裂
将气体加入液体后形成两相的压裂液作为压裂的携砂液体。
由于气体的加入，从而提高了标准水基（油基或酸基）压裂液
的性能。
增能/泡沫压裂包括N2泡沫压裂、 N2＋CO2二元泡沫压裂
和CO2泡沫压裂。相对而言，二氧化碳比氮气具有更多的优势。
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三、 CO2增能/泡沫压裂技术简介

Langmuir 等温吸附常数
VL/(cm3.g-1) PL/MPa
由实验结果可以看到，同一煤样对CO2，CH4和N2的吸附实验 结果相比，CO2的值要比CH4的值大，CH4的值又比N2的值大， 即三种气体在煤中的吸附能力大小顺序是：CO2> CH4> N2。 而PL值越大表明气体越容易从煤中解吸，即三种气体优先解吸 的顺序是：N2 > CH4> CO2。 中国石化 中原石油勘探局
体从裂缝中驱出;

液体；

地滤失；


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。
含量高的水敏地层可减少粘土膨胀；

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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
2、CO2与N2增能助排的对比

N2在地面是以气体方式注入井下的,其体积比不会发生变化, CO2是以 液体方式注 N2在地层中不参加任何反应而CO2与地层水反应产生碳酸，有效地降低了系统的总 CO2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； 压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大 ; 加入CO2的压裂液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 煤层对CO2的吸附能力是CH4的4倍，而对N2的吸附能力基本为0。 CO2泵注时为液体其静液柱压力高，可有效降低地面泵压。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
1、 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，是低压储层理想的 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体 压裂液效率高，在相同液量下，裂缝穿透深度大;
排液200m3，6mm油嘴10.7×104 m3/d的天然气产量。
探井丰深1井（胜利油田）：沙四段4316.6-4343m，14.8m/2n，
2005年11月采用增能压裂，注CO2量130t。压后取得了日产气8×104 m3/d、油70t/d 的效果。
LG-5井10＃煤层CO2压裂设计情况
一、井的基本数据

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二、国内、外技术状况及发展趋势
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
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、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78×104m3，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。 中国石化 中原石油勘探局
压后返排速度快、返排率高、对储层的伤害小。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
例如桥84井，常规压裂后排液80%所用的时间为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%所用的时间平均为3.9天，
污染系数为0.02。 例如濮深8井，CO2增能压裂压后排液80%所用的时间为4.5天，压后测
入井下,其体积系数是1:517;

pH值，降低了压裂液对基质的伤害；

粘土含量高的水敏地层可减少粘土膨胀 ;

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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
3、CO2压裂工艺分类：
（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％
时间在31℃以上。
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CO2增能/泡沫压裂工艺技术
压裂液类型 泡沫压裂液 聚合物乳化液 油基压裂液（凝胶） 线性胶（不交联） 导流能力保持率 80～90 65～85 45～70 45～55
交联水基冻胶
10～50
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5、CO2段塞增能压裂