LPG无水压裂技术_韩烈祥

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天 然 气 工 业 ２０１４ 年 ６ 月
ＬＰＧ 无水压裂技术
韩 烈 祥１ 朱 丽 华１ 孙 海 芳１ 谯 抗 逆２
１．中 国 石 油 川 庆 钻 探 工 程 公 司 钻 采 工 程 技 术 研 究 院 ２．中 国 石 油 川 庆 钻 探 工 程 公 司 科 技 处
韩烈祥等．ＬＰＧ 无水压裂技术．天然气工业，２０１４，３４（６）：４８－５４． 摘 要 大多数低渗透、低产油气藏均不同程度的含有泥质，普遍存在水敏、水锁污染，常规水 力 压 裂 增 产 改 造 后 返 排 率 低 ，存 在一定的污染，导致压裂改造效果不如人意。而国外新近研发 的 ＬＰＧ 无 水 压 裂 技 术，采 用 液 化 石 油 气 作 为 压 裂 液，对 地 层 无 任 何 伤 害，是一种适用于低渗低产非常规气藏的新兴高效压裂技术。为此，在调研加拿大 ＧａｓＦｒａｃ公司 ＬＰＧ 压裂技术的基础上，对 ＬＰＧ 压裂液物理特性及优势、ＬＰＧ 压裂工艺、ＬＰＧ 压裂应用等方面做 了 重 点 介 绍。ＬＰＧ 压 裂 作 业 时 基 本 不 需 要 水，作 业 全 过 程 储 层 不 与水接触，压裂后产生的有效裂缝面积大，返排快速彻底，投产速度快；作业时 采 用 安 全 高 效 的 全 闭 式 注 入 系 统 ，自 动 遥 控 操 作，采 用可视摄像头与热成像相机，实时监控整个增产作业过程中系统压力的意外变化，提供强有力的安全 保 障；作 业 后 也 无 须 投 入 资 金 进行后期废水处理，极大地缓解了环境和水资源压力。结论认为：该 项 具 有 经 济、环 保 双 重 效 益 的 压 裂 技 术，值 得 引 进 并 推 广 应 用 到 页 岩 气 “井 工 厂 ”作 业 中 ，以 促 进 中 国 页 岩 气 产 业 化 的 快 速 发 展 。 关键词 液化石油气 物理性质 超临界 储层损害 压裂工艺 返排 页岩气 技术 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０９７６．２０１４．０６．００８
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｓｔ ｌｏｗ－ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ－ｙｉｅｌｄｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｃｏｎｔａｉｎ ａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓ ｒｏｃｋｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｕｉｄ ｂｌｏｃｋ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｆｌｏｗｂａｃｋ ｉｓ ｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｆｕｒ－ ｔｈｅｒ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｕｎｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＬＰＧ ｗａｔｅｒｌｅｓｓ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｆｏｒｅｉｇｎ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔａｋｉｎｇ ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ ａｓ ａ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ，ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｌｏｗ－ｐｅｒｍｅ－ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ－ｙｉｅｌｄｉｎｇ ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ＬＰＧ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃａｎａｄａ ＧａｓＦｒａｃ Ｃｏｍ－ ｐａｎｙ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ＬＰＧ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＬＰＧ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｓ ｋｅｐｔ ｆｒｏｍ ａｎｙ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ｏｆ ａ ｇｒｅａｔ ａｒｅａ，ｆｌｏｗ－ ｂａｃｋ ｉｓ ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ，ａｎｄ ｇａｓ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｔ ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｍｏｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｎ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ－ ａｌｌｙ ａ ｓａｆｅ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｕｌｌｙ－ｃｌｏｓｅｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｎｄ ｖｉｓｕａｌ ｃａｍｅｒａｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｃａｍｅｒａｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｓａｆｅｔｙ；ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｎｏ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｅｙ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｆｏｒ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｇｒｅａｔｌｙ ｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎ－ ｍｅｎｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｗｉｔｈ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ，ＬＰＧ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｓ ｅａｒｌｙ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄ ｉｎ ｓｈａｌｅ ｇａｓ “ｗｅｌｌ ｆａｃｔｏｒｙ”ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＰＧ，ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ，ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｄａｍａｇｅ，ｆｒａｃｔｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｌｏｗｂａｃｋ，ｓｈａｌｅ ｇａｓ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
作者简介：韩烈祥，１９６３年生，教授级高级工程师；现从事油气田开发工程技术的研究和管理工作。地址：（６１８３００）四 川 省 广 汉 市 中 山 大 道 南 二 段 ８８ 号 。 电 话 ：（０８３８）５１５１３４３。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｌｈ６９１２＠１６３．ｃｏｍ
第 ３４ 卷 第 ６ 期 开 发 工 程
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开发页岩油气的核心技术是工程技术的飞速进 步 ，多 段 水 力 压 裂 技 术 是 其 中 的 关 键 技 术 ，但 是 从 应 用 看，基本上 每 口 井 消 耗 要 达 到 “千 方 砂、万 方 液 ”的 规 模 ，开 发 区 域 的 井 数 又 是 成 百 上 千 的 井 工 厂 ，水 资 源 浪 费 巨 大 、环 境 成 本 巨 大 。 加 拿 大 ＧａｓＦｒａｃ公 司 最 先 提 出 ＬＰＧ 无 水 压 裂 理 念 ，采 用 液 化 石 油 气 （ＬＰＧ）作 为 压 裂 液 ，其 主 要 成 分 就 是丙烷（Ｃ３Ｈ８），还有少量乙 烷、丙 烯、丁 烷 和 化 学 添 加 剂，对地层无任何伤害 。 ［１］ ＬＰＧ 压裂在地下的表现与水 力 压 裂 有 所 不 同，在 压 裂 过 程 中 ，携 砂 特 性 具 有 液 态 介 质 的 特 征 ，在 返 排 期 间，ＬＰＧ 因压力 和 温 度 变 化 而 气 化，又 体 现 出 气 体 特 征 ；再 与 天 然 气 一 起 被 重 新 返 排 至 地 面 ，分 离 后 可 重 复 利用，甚至无 须 分 离 直 接 进 入 生 产 管 线 。 ［１］ 这 种 压 裂 手段相比传统水力压 裂 技 术 来 说 基 本 不 需 要 水，也 无 须投入资金处理废水，极 大 地 缓 解 了 环 境 和 水 资 源 压 力 ，杜 绝 了 产 层 损 害 ，是 压 裂 技 术 发 展 的 新 方 向 。
表１ 水与 ＬＰＧ 的压裂性能对比表
水
ＬＰＧ
黏 度 பைடு நூலகம்０．６６ ｍＰａ·ｓ
黏 度 ＝０．０８ ｍＰａ·ｓ
相 对 密 度 ＝１．０２
相 对 密 度 ＝０．５１
表 面 张 力 ＝７２×１０－５ Ｎ／ｃｍ 表 面 张 力 ＝７．６×１０－５ Ｎ／ｃｍ
可能存在伤害———与地层黏 无伤害———与地层黏土／盐不
１ ＬＰＧ 优势与特点
ＧａｓＦｒａｃ公司 是 北 美 地 区 ＬＰＧ 无 水 压 裂 的 主 要 提供商，截 至 ２０１３ 年 ３ 月，已 在 ６５７ 个 作 业 现 场 实 施
了约１ ８６３次增产作业，主要集中在加拿大西 部、美 国 的得克萨斯州和科罗拉 多 州 等 地 区［２］。２０１１ 年 １１ 月 第一届世界页岩气大会将创新奖颁给了加拿大 ＧａｓＦ－ ｒａｃ公 司，奖 励 他 们 在 无 水 压 裂 技 术 上 的 突 破 性 贡 献 ———ＬＰＧ（液 化 石 油 气 ）压 裂 。 １．１ 作 业 功 耗 低 、效 果 好 ＬＰＧ 压裂采用的 ＬＰＧ“压裂液”表面张力低、黏 度 低、密度低且能自然溶于储层流体（表１），压 裂 后 产 生 的 有 效 裂 缝 面 积 更 大 （图 １），施 工 后 几 天 内 即 可 １００％ 回收压裂液，排尽压 裂 液 的 时 间 短、废 物 处 理 少、改 造 作业后运输量少。因 此，比 常 规 压 裂 方 法 投 产 速 度 更 快，极大地提高了油 气 井 增 产 改 造 的 初 期 产 能 与 长 期 产 能 。 ［１－５］
土／盐 发 生 反 应
会发生任何反应
图 １ 两 种 压 裂 方 式 的 有 效 裂 缝 长 度 对 比 图
ＬＰＧ 工 艺 的 另 一 大 优 势 是：在 泵 注 过 程 中，可 以 使支撑剂均匀分布于 稠 化 砂 浆 中，从 而 降 低 支 撑 剂 沉 淀于地层的概率。 主 要 是 因 为 ＬＰＧ 压 裂 液 加 入 化 学 处理剂后配成了类似 “凝 胶”的 “液 体”，可 以 提 高 裂 缝 高度，进一步提高油气井生产周期 。 ［１］ １．２ 安 全 有 保 障 由于 ＬＰＧ 成分主要是易燃易爆介质，施工安全是 必须放在首要位置考 虑 的。 因 此，ＧａｓＦｒａｃ的 ＬＰＧ 压 裂采用的是一种 安 全 高 效 的 全 闭 式 注 入 系 统［３］，自 动 遥控操作，监控手 段 完 备。 这 种 专 利 技 术 不 单 为 了 安 全作业考虑，而且可使 ＬＰＧ 在一定压力、温度下（泵车
ＬＰＧ ｗａｔｅｒｌｅｓｓ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｈａｎ Ｌｉｅｘｉａｎｇ１，Ｚｈｕ Ｌｉｈｕａ１，Ｓｕｎ Ｈａｉｆａｎｇ１，Ｑｉａｏ Ｋａｎｇｎｉ ２ （１．Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ＆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｕａｎｑｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＣＮＰＣ，Ｇｕａｎｇｈａｎ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１８３００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｕａｎ－ ｑｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＣＮＰＣ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１０２１３，Ｃｈｉｎａ） ＮＡＴＵＲ．ＧＡＳ ＩＮＤ．ＶＯＬＵＭＥ ３４，ＩＳＳＵＥ ６，ｐｐ．４８－５４，６／２５／２０１４．（ＩＳＳＮ １０００－０９７６；Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）