二氧化碳压裂技术-二氧化碳焊技术
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提
纲
一、CO2压裂技术特点及分类
二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状 四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况
一、CO2压裂技术特点及分类
1、 CO2的物理性质
CO2的相态: 气态、液态、固态
三相点： 压力：0.518MPa 温度：-56.6 ℃ 临界点： 压力：7.38MPa 温度：31.06 ℃ 标准状态（0℃，0.101MPa）下： 1m3 CO2（液态）＝546标m3 CO2（气态）
2、 CO2泡沫压裂液体系
由液态CO2、原胶液和各种化学添加剂组成的液液两相混 合体系，形成以CO2为内相，水为外相的乳状液取代普通 压裂液。 在向井下注入过程中，随着温度的升高，达到31℃临界温
度以后，液态CO2开始汽化，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。由于泡
6、 CO2压裂施工地面流程
储
砂车
泵车 泵车 泵车 增 压 泵 CO2泵车 N2泵车 CO2泵车 N2泵车 CO2泵车
液
混 砂 车
罐
泵车 泵车
泵车
CO2
CO2
至井口
罐
罐
提
纲
一、CO2压裂技术特点及分类
二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状 四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况
2、 CO2压裂技术特点 ① 降低了进入油气层的液体量，同时依靠CO2增能助排 特性，提高排液速度和返排率，减少液体对油气层的 伤害而提高产量。 ② CO2压裂时混合液具有粘度高、携砂性能好的特点， 有利于提高施工排量和砂比。 ③ CO2溶解形成酸性液，能够有效抑制粘土膨胀。
④ CO2溶解性衍生的其它特点，如泡沫压裂液的界面张力
沫两相体系的出现，使流体粘度显著增加。
CO2泡沫压裂液由以下成分组成：
(1)气相：气态CO2，常用7O-95%体积含量。 (2)液相： 主要用醇基和水基。最常用的是15-20%甲醇。
(3)发泡剂：7O年代初，多为做洗涤剂用的硫酸盐或磺酸盐，后来研制出
离子化的磺酸盐、铵离子、两性离子等产品 ，泡沫半生期超过6O分钟。 (4)添加剂：增稠剂多为羧甲基瓜胶或羧甲基羟丙基瓜胶。在交联泡沫中 还用延缓交联剂，提高粘度，延长稳定半生期，扩大泡沫质量范围。
与常规水基压裂液在碱性环境下交联，酸性条件下破胶不同， CO2泡沫
压裂液的弱酸性使得压裂液的交联环境发生了改变，即其须为酸性环境 下交联的压裂液体系。国外大服务公司均有自己的CO2泡沫压裂液体系。
④ 纯CO2压裂技术：
液态CO2作为压裂液，以液态注入，在地层
条件下气化。施工后地层无残留液体。
4、 CO2泡沫压裂施工方式 根据施工过程中泡沫质量的不同，CO2泡沫压裂有三种施工方式 ① 恒定内相施工方式
增加支撑剂浓度时，保持压裂液基液排 量稳定，但相应降低液体CO2的排量， 其降低值等于支撑剂的绝对排量，使内 相(气体十固体)和外相(液体)保持平衡， 以保证压裂液的粘度恒定。
1、 国外泡沫压裂液体系发展历程
概括起来，国外泡沫压裂液发展经历了下列四个阶段： • 第一代泡沫压裂液：水+起泡剂(70年代，N2，砂液比l-2lb/gal （lb/gal=119.8kg/m3），利于压后返排，解决低压气井； • 第二代泡沫压裂液：水+起泡剂+聚合物(80年代，N2、CO2，提高流体粘度，增 加稳定性，砂液比4-5 lb/gal，高压油气藏，泡沫压裂发展较快)； • 第三代泡沫压裂液：水+起泡剂+聚合物+交联剂(80年代末-90年代初，泡沫压 裂液粘度和稳定性进一步提高，造缝和携砂能力增强，适合于高温深井大型水 力压裂，砂液比达4-51b/gaL)； • 第四代泡沫压裂技术：(90年代以来，恒定内相技术，控制内相体积，降低施 工摩阻，满足大型压裂施工：最高砂液比12lb/gal以上，砂量150吨以以上)。
较水基压裂液明显低一个水平，可以减小毛细管力和 地层对压裂液的吸渗作用。
3、 CO2压裂技术分类 根据泡沫质量及气相介质的不同, CO2压裂技术分为四种类型 ① CO2增能压裂技术： 在压裂施工时首先将CO2作为预置液注入，然后再进行常
规压裂（水基压裂液作为前置液、携砂液）。
优点：增加排液时的地层能量，利用气体的携液能力，达 到快速返排，降低伤害，提高压裂效果。同时施工工艺相 对简单易行。 缺点：没有减少入地层工作液，利用率较低。
优点：既可适当提高砂液比，又可避免井口压力过高， 缺点：减少了高砂比段助排的CO2量，增加了现场操作的难度。
② 变泡沫质量施工方式
在液体CO2和压裂液基液排量都保持
恒定的情况下加入支撑剂。随着支 撑剂浓度的增加，泡沫质量增大
优点： 施工操作简便，不需要不断调整 泵车排量，相同情况下有更多的 CO2注入。
缺点： 随着泡沫质量的增加，泡沫液粘度升高、井底排量增大。致使压裂管路摩 阻损失过大，井口压力升高和压裂施工提前结束。
② 变泡沫质量施工方式
随着支撑剂浓度的增加逐渐降低
液体CO2排量，同时提高压裂液基液 的排量，保持施工总排量不变。 优点： 够降低加砂过程中压裂管柱的摩 阻，使井口压力保持在较为稳定 的水平，提高施工成功率。 缺点： 随着随着支撑剂浓度的增加，助排的CO2量减少。
③ 恒定泡沫质量施工方式
在增加支撑剂浓度时，相应降低压裂液、液体CO2的排量， 保持泡沫质量不变。 优点： 泡沫粘度稳定。 缺点： 施工中操作难度较大。
5、 压裂施工中CO2的状态变化
点1：储罐中；
点2：经过增压泵车加压后的液态 CO2；
点3：压裂泵车出口的状态；
点4：与水基压裂液混合升温后的状 态； 点5：压裂液到达井底的状态，在此 过程中，CO2将从液态转变为 气态，与水基压裂液形成泡沫； 点6：在裂缝中部的情况； 点7：返排出地面的泡沫。
② CO2泡沫压裂技术：
压裂液由液态CO2、水冻胶和
各种化学添加剂组成的液-液
两项混合体系组成。 泡沫液粘度随泡沫质量的不 同而发生很大变化，泡沫质 量达到60-80%时，称为泡沫 泡沫质量小于52%时，也可称 为CO2增能压裂或混气水压裂。
压裂技术；
③ CO2+N2二元泡沫压裂技术 ： 压裂施工过程中同时应用CO2和N2
纲
一、CO2压裂技术特点及分类
二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状 四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况
一、CO2压裂技术特点及分类
1、 CO2的物理性质
CO2的相态: 气态、液态、固态
三相点： 压力：0.518MPa 温度：-56.6 ℃ 临界点： 压力：7.38MPa 温度：31.06 ℃ 标准状态（0℃，0.101MPa）下： 1m3 CO2（液态）＝546标m3 CO2（气态）
2、 CO2泡沫压裂液体系
由液态CO2、原胶液和各种化学添加剂组成的液液两相混 合体系，形成以CO2为内相，水为外相的乳状液取代普通 压裂液。 在向井下注入过程中，随着温度的升高，达到31℃临界温
度以后，液态CO2开始汽化，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。由于泡
6、 CO2压裂施工地面流程
储
砂车
泵车 泵车 泵车 增 压 泵 CO2泵车 N2泵车 CO2泵车 N2泵车 CO2泵车
液
混 砂 车
罐
泵车 泵车
泵车
CO2
CO2
至井口
罐
罐
提
纲
一、CO2压裂技术特点及分类
二、国外CO2压裂技术发展现状 三、国内CO2压裂技术发展现状 四、胜利油田开展CO2压裂技术应用的准备情况
2、 CO2压裂技术特点 ① 降低了进入油气层的液体量，同时依靠CO2增能助排 特性，提高排液速度和返排率，减少液体对油气层的 伤害而提高产量。 ② CO2压裂时混合液具有粘度高、携砂性能好的特点， 有利于提高施工排量和砂比。 ③ CO2溶解形成酸性液，能够有效抑制粘土膨胀。
④ CO2溶解性衍生的其它特点，如泡沫压裂液的界面张力
沫两相体系的出现，使流体粘度显著增加。
CO2泡沫压裂液由以下成分组成：
(1)气相：气态CO2，常用7O-95%体积含量。 (2)液相： 主要用醇基和水基。最常用的是15-20%甲醇。
(3)发泡剂：7O年代初，多为做洗涤剂用的硫酸盐或磺酸盐，后来研制出
离子化的磺酸盐、铵离子、两性离子等产品 ，泡沫半生期超过6O分钟。 (4)添加剂：增稠剂多为羧甲基瓜胶或羧甲基羟丙基瓜胶。在交联泡沫中 还用延缓交联剂，提高粘度，延长稳定半生期，扩大泡沫质量范围。
与常规水基压裂液在碱性环境下交联，酸性条件下破胶不同， CO2泡沫
压裂液的弱酸性使得压裂液的交联环境发生了改变，即其须为酸性环境 下交联的压裂液体系。国外大服务公司均有自己的CO2泡沫压裂液体系。
④ 纯CO2压裂技术：
液态CO2作为压裂液，以液态注入，在地层
条件下气化。施工后地层无残留液体。
4、 CO2泡沫压裂施工方式 根据施工过程中泡沫质量的不同，CO2泡沫压裂有三种施工方式 ① 恒定内相施工方式
增加支撑剂浓度时，保持压裂液基液排 量稳定，但相应降低液体CO2的排量， 其降低值等于支撑剂的绝对排量，使内 相(气体十固体)和外相(液体)保持平衡， 以保证压裂液的粘度恒定。
1、 国外泡沫压裂液体系发展历程
概括起来，国外泡沫压裂液发展经历了下列四个阶段： • 第一代泡沫压裂液：水+起泡剂(70年代，N2，砂液比l-2lb/gal （lb/gal=119.8kg/m3），利于压后返排，解决低压气井； • 第二代泡沫压裂液：水+起泡剂+聚合物(80年代，N2、CO2，提高流体粘度，增 加稳定性，砂液比4-5 lb/gal，高压油气藏，泡沫压裂发展较快)； • 第三代泡沫压裂液：水+起泡剂+聚合物+交联剂(80年代末-90年代初，泡沫压 裂液粘度和稳定性进一步提高，造缝和携砂能力增强，适合于高温深井大型水 力压裂，砂液比达4-51b/gaL)； • 第四代泡沫压裂技术：(90年代以来，恒定内相技术，控制内相体积，降低施 工摩阻，满足大型压裂施工：最高砂液比12lb/gal以上，砂量150吨以以上)。
较水基压裂液明显低一个水平，可以减小毛细管力和 地层对压裂液的吸渗作用。
3、 CO2压裂技术分类 根据泡沫质量及气相介质的不同, CO2压裂技术分为四种类型 ① CO2增能压裂技术： 在压裂施工时首先将CO2作为预置液注入，然后再进行常
规压裂（水基压裂液作为前置液、携砂液）。
优点：增加排液时的地层能量，利用气体的携液能力，达 到快速返排，降低伤害，提高压裂效果。同时施工工艺相 对简单易行。 缺点：没有减少入地层工作液，利用率较低。
优点：既可适当提高砂液比，又可避免井口压力过高， 缺点：减少了高砂比段助排的CO2量，增加了现场操作的难度。
② 变泡沫质量施工方式
在液体CO2和压裂液基液排量都保持
恒定的情况下加入支撑剂。随着支 撑剂浓度的增加，泡沫质量增大
优点： 施工操作简便，不需要不断调整 泵车排量，相同情况下有更多的 CO2注入。
缺点： 随着泡沫质量的增加，泡沫液粘度升高、井底排量增大。致使压裂管路摩 阻损失过大，井口压力升高和压裂施工提前结束。
② 变泡沫质量施工方式
随着支撑剂浓度的增加逐渐降低
液体CO2排量，同时提高压裂液基液 的排量，保持施工总排量不变。 优点： 够降低加砂过程中压裂管柱的摩 阻，使井口压力保持在较为稳定 的水平，提高施工成功率。 缺点： 随着随着支撑剂浓度的增加，助排的CO2量减少。
③ 恒定泡沫质量施工方式
在增加支撑剂浓度时，相应降低压裂液、液体CO2的排量， 保持泡沫质量不变。 优点： 泡沫粘度稳定。 缺点： 施工中操作难度较大。
5、 压裂施工中CO2的状态变化
点1：储罐中；
点2：经过增压泵车加压后的液态 CO2；
点3：压裂泵车出口的状态；
点4：与水基压裂液混合升温后的状 态； 点5：压裂液到达井底的状态，在此 过程中，CO2将从液态转变为 气态，与水基压裂液形成泡沫； 点6：在裂缝中部的情况； 点7：返排出地面的泡沫。
② CO2泡沫压裂技术：
压裂液由液态CO2、水冻胶和
各种化学添加剂组成的液-液
两项混合体系组成。 泡沫液粘度随泡沫质量的不 同而发生很大变化，泡沫质 量达到60-80%时，称为泡沫 泡沫质量小于52%时，也可称 为CO2增能压裂或混气水压裂。
压裂技术；
③ CO2+N2二元泡沫压裂技术 ： 压裂施工过程中同时应用CO2和N2