泡沫压裂

一种抗高温二氧化碳泡沫压裂液的研究

1.泡沫压裂

1.1泡沫压裂介绍。

利用特殊装备、特殊的化学添加剂，使用CO2/N2泡沫液作为压裂液进行加砂压裂的水力压裂施工方式称为“泡沫压裂”。常用的CO2泡沫压裂的压裂液是由液体CO2（-18℃）和凝胶水（压裂液基液）与发泡剂构成的“气-液分散体系”，这种分散体系是热力学不稳定体系.

1.2 CO

泡沫压裂液的优点。

2

1.用于低渗油气层改造，CO2溶于水中形成低PH值的碳酸水可以减少粘土膨胀提高渗透率增加近井地带导流能力致使产量提高。

2.减少了水基压裂液用量，因此大大减少了压裂液对储层的污染。

3.具有低滤失性，提高了液体效率，有利于裂缝型油气藏的改造。

4.较高的表观粘度，是理想的前置液和携砂液，造缝能力强，携砂能力强。

5.在储层中汽化后，增加地层能量，提高返排率，有利于保护地层，减少油层污染。

6.CO2可大量溶解在原油中，使原油体积膨胀，粘度下降，增加原油流动性，使原油产量增加。

7. CO 2饱和碳酸水的界面张力为清水的20～30%，使流动阻力大大降低，是较好的助排剂

1.3 CO

泡沫压裂的发展概况

2

●70 年代开始使用水+ 起泡剂+N 2组成的比较原始的泡

沫压裂液，砂液比只有1-2PPG（1PPG=119.8kg/m 3 ），但解决了低压井的压后液体返排问题

●80年代初采用水+起泡剂+聚合物+N2/CO2组成的泡沫压裂液，巨大地提高

了泡沫压裂液的粘度及稳定性，砂液比提高到了4-5PPG，高压储层泡沫压裂工艺技术获得成功，使得该技术得到了飞速发展。

80年代末开始采用水+起泡剂+聚合物+交联剂+CO2组成的泡沫压裂液，泡沫的稳定性进一步提高，造缝能力、抗温能力和携砂能力进一步增强，高温下砂液比也可达到4-5PPG，深井高温储层泡沫压裂技术得到发展。

1.4 CO 2 泡沫压裂的工艺技术的特点及用途

1.4.1恒内相设计

当支撑剂浓度增加时，保持压裂液基液排量稳定，但相应降低液体CO2排量，使其降低值与支撑剂占的空间值相当，内相（气体+支撑剂）和外相（液体）保持平衡，以保证压裂液的泡沫质量、表观粘度恒定。

恒内相技术可以保障砂液比，避免因为砂比提高后压裂液性能的改变而导致的井口压力增高（摩阻增加、密度降低）。但是会增加施工操作工作量。

1.4.2变泡沫质量渐增施工

当支撑剂浓度增加时，保持压裂液基液排量和液体CO2排量稳定，随着支撑剂浓度增加，压裂液的泡沫质量也增加。

该施工方式操作简单，不需要频繁改排量，CO2注入量大。

但是随着砂比增加、泡沫质量也增加，混砂液摩阻也增加，对卡封压裂无法判断砂堵或摩阻增加分量，易导致井口压力超高，提前结束施工。

1.4.3变泡沫质量渐减施工设计

当支撑剂浓度增加时，提高压裂液基液排量，逐步降低液体CO2排量，保持施工总排量不变。

该施工方式可降低压裂液摩阻，降低井口压力，施工成功率高。

但是随着砂比增加、泡沫质量也减少，CO2注入量减少，返排能力降低。

泡沫压裂的发展方向及现状

1.5 CO

2

CO2 泡沫压裂液的研究在国外始于20 世纪60 年代，1986 年联邦德国的费思道尔夫在石炭系士蒂凡组气藏的压裂改造中试验成功；与此同时，在美国犹他州东部犹他盆地的瓦塞兹（Wasatch）地层的压裂改造试验中CO2泡沫压裂比常

规压裂取得了更好的增产效果；2005 年，斯伦贝谢在一口边际油藏低压致密气井上成功进行了以VES 为稠化剂的二氧化碳泡沫压裂，标志着二氧化碳泡沫压裂液化学取得了新的突破。目前，国外在压裂液、工艺技术、现场施工质量控制等方面已日趋成熟，压裂液体系虽然仍由盐水、起泡剂、植物胶、稳泡剂和CO2组成，但更强调内相气泡的分布和体积的控制，具有耐温耐剪切性能更好、气泡半衰期更长和携砂能力更强等特点，最大携砂浓度可达1 400 kg/m3，加砂规模达到150 t以上，可满足大型加砂压裂施工的需要。目前，在美国、加拿大和德国已得到大量应用，应用比例达30 %～50 %，取得了良好的应用效果。

国内对CO2泡沫压裂液的研究始于20 世纪90 年代，与国外相比，国内在该技术上的差距主要表现为廉价高效与耐高温稠化剂和添加剂的开发限制了泡沫压裂液的进一步推广应用，施工设备与工艺不完善，施工井数少导致施工经验不足等。CO2泡沫压裂液由液态CO2和交联冻胶组成，pH 值为3~5。考虑到CO2作为酸性介质的交联问题，一般多采用羧甲基羟丙基瓜尔胶（CMHPG）作为CO2泡沫压裂液的稠化剂，但由于国内没有成熟的工业化CMHPG 或羧甲基瓜尔胶（CMG）产品，目前国内成熟的CO2泡沫压裂液体系仍多选用羟丙基瓜尔胶（HPG）作为稠化剂。而常规的HPG 水基压裂液通常在碱性条件下交联，在酸性条件下破胶，因此为了进一步增强泡沫压裂液的流变性能，克服由于大量液体CO2 加人对压裂液的稀释作用，酸性交联成为泡沫压裂液开发的关键环节。

川庆钻探工程有限公司工程技术研究院研发出了酸性交联剂AL-1，并优选出了与之配套的压裂液添加剂，形成了一套由HPG 稠化剂、AL-1 酸性交联剂、WDJ-2 起泡剂和CF-5E 助排剂等组成的CO2 泡沫压裂液体系。室内研究表明该体系的泡沫质量达到60 %10 石油化工应用 2014 年第 33 卷以上，具有良好的稳定性和耐温耐剪切性能，滤失量和对地层岩心的伤害明显低于常规冻胶压裂液，并且破胶彻底，该体系在苏里格气田已经完成的试气压裂作业中取得了良好的增产改造效果。

中原石油勘探局与西南油气田采气工程研究院合作，开发出一种由稠化剂、交联剂、pH 调节剂、起泡剂、温度稳定剂、泡沫稳定剂和破胶剂等组成的酸性交联泡沫压裂液体系。该体系的泡沫质量达到52 %~60 %，施工最高井温130 ℃，最大井深3 700 m，在施工工艺上引进了美国SS 公司的成套设备并取得了较大的突破。同时，中原油田开发出国产化的HV-100 羧甲基羟丙基胍尔胶，该产品在经过加工和洗涤去除聚合物中的植物纤维后，仅含有2 %～4 %的不溶性残渣。使用以该CMHPG 产品为稠化剂的冻胶泡沫压裂液进行了3 789 m 深井的CO2泡沫压裂试验，施工成功并取得了良好的增产效果。