CO2泡沫

CO2泡沫压裂基本原理及特点

1.CO2泡沫压裂基本原理

在物理上，CO2有三种不同的相态，即气、液、固。气态临界温度和压力分别为31℃和1071Psi，在18℃液态条件下其密度为1.02g/cm3,1 m3转化为0℃，1atm的气态标准体积为517 m3。

CO2泡沫压裂是由液态CO2和增稠剂及多种化学添加剂组成的液-液混合物，携带支撑剂迅速进入地层，随着液体在井筒和地层中温度的升高，当温度达到31℃的临界点以后液态的CO2开始汽化，形成以CO2为内相由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，由于泡沫两相体系的出现使流体粘度显著增加，通过起泡剂和高分子聚合物的作用，大大增加了泡沫流体的稳定性，形成了低滤失、低密度和易反排的压裂液特性。因此，CO2泡沫压裂液流体具备了压裂液的必要条件，并拥有了常规水基压裂液不能相比的多种优势。

2.CO2泡沫压裂的特点

（1）CO2泡沫是CO2液体分散于水基冻胶液中的分散体系，CO2是分散相，水基冻胶液是连续相，当温度超过31℃时，气化的CO2泡迅速膨胀后，则CO2变成连续相，水基液为分散相

（2）CO2泡沫的加入，可降低液体的界面张力，从而增加了压裂液的反排能力，减少毛管力的作用。（3）减少水基压裂液的用量。

（4）CO2的加入，可使压裂液的PH值降低，对防止粘土膨胀及三价铁、铝盐的沉淀都有一定的作用。（5）由于CO2泡沫增加了压裂液的粘度，可以起到控制压裂液滤失的作用。

（6）CO2泡沫液的摩阻大，施工时液柱压力低，因而施工压力高，不利于施工。

CO2泡沫压裂压裂施工程序

（1）井筒处理；

（2）射孔；

（3）按方案设计下钻；施工前一天下好压裂钻具，坐好井口连接好放喷管线。

（4）配液；施工前清洗储液罐，按设计配好施工液体，胍胶液与液体CO2的比例为1：1。

（6）冲管线、试压；摆好施工车辆，辅助车辆及测试设备，连接好地面高低压管线，低压管线0.5MPa下不刺不漏，高压管线按预计破压的125%进行试压。

（7）用活性水正Ñ环罐满井筒并Ñ环洗井，用液量大于井筒容积的1.5倍，泵压正常后压裂开始。施工中若泵压超过35MPa时开始打平衡压力控制油套管压差，在35MPa以下以保护油管的安全，但最大平衡压力不得超过15MPa。

（8）低排量注替置液（冻胶）；

（9）坐封，注前置液（交联液+液态CO2）

（10）加砂;

（11）顶替；

（12）关井；

（13）放喷;

CO2泡沫压裂现场应用

1.选井、选层

选井、选层是油藏改造取得良好效果的最重要环节之一，采用CO2增能压裂改造，目前处于试验阶段，因而，选井、选层更为突出，选择的原则是；

（1）选择的目的层应为未改造的新层，具有较好的代表性，并能与邻井进行有效的对比。

（2）整个CO2压裂为分步进行的，首先以工艺施工成功为目标，此后再逐步提高工艺参数，最终达到提高单井产量的目的。

（3）要求试验井井筒良好，套管完好，井筒无异物。

通过对比分析选中了靖安油田五里湾一区的柳85-26，柳90-27，柳91-29井为试验井，对照井号为：柳85-27。柳86-27，柳90-29，柳89-29和柳91-30井。

2.压裂液的选择

泡沫压裂液实际上就是一种液包气乳化液，或者说泡沫是气体分散于液体中的分散体系。泡沫提供了高粘度和优良的支撑剂携带能力。在施工过程中，保持稳定的泡沫，干度范围极为重要。干度低于52％的体系仅能称为增能体系，典型的压裂施工设计达到70％、75％、80％泡沫干度，这意味着压裂液的70％，75％或80％是气。一般，随着泡沫干度从60％增到90％，泡沫的稳定性和粘度也增大。超过90％，泡沫恢复成雾状。

泡沫压裂液适用于低压低渗和水敏性储集层。泡沫压裂液具有易返排、低滤失、粘度高、携砂能力强。对储集层伤害小等优点。其不足之处在于压裂施工中需要较高的注入压力，特殊的设备装置、施工难度大。配制泡沫压裂液的液体可以是含表面活性剂的水、稠化水、交联冻胶等。气相为N2或CO2。

泡沫压裂液的主要添加剂之一是起泡剂，对起泡剂的要求是：

（1）起泡性能好。一旦与气体接触立即产生大量的泡沫，即泡沫膨胀倍数高。

（2）稳泡能力强，所产生的泡沫性能稳定，寿命长，即使在较长时间泵送的剪切条件也可保持性能稳定。（3）与地层岩石、流体及压裂液的配伍性好，即使与原油、盐水、碳酸盐及各种化学添加剂接触时，也能保持其稳定性，并且不伤害油层的导流能力。

（4）凝点低，具有生物降解能力，毒性小。

（5）压力释放时，气泡膨胀，泡沫易于破裂。

（6）用量小，成本低。

常用起泡剂有：阴离子表面活性剂如烷基磺酸钠、烷基磺酸铵、烷基苯磺酸铵、丁基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、松香酸钠、月桂醇醚硫酸酯钠盐、硬脂酸醇醚硫酸酯钠盐、脂肪醇醚硫酸酯钠盐、脂肪醇醚硫酸酯铵盐、月桂醇硫酸酯三乙醇胺盐等；非离子型表面活性剂如聚氧乙烯月桂醇、聚氧乙烯棕榈醇醚、聚氧乙烯硬脂醇醚、聚氧乙烯月桂酸酯等。大多数特别是二氧化碳泡沫的起泡剂是多种表面活性剂的复配品。

通过室内分析筛选和岩心试验，选择了性能良好质量稳定的羟丙基胍胶0.6%原胶作为增稠剂，其粘度为241.5mPa.s，水不溶物含量7.37%，交联剂选用AC-8酸性交联剂，室内试验结果交联时间20～30S，可形成明显增稠可挑挂凝胶。主要性能：在PH=3～4的条件下能与羟丙基胍胶很好的交联，耐温110℃，抗剪切及稳定性均好，在70～80℃，170S-1，剪切90min。粘度仍可达50～80mPa.s。起泡剂与稳定剂选用YFP-1的0.5%，其表面张力为25.08mN/m，起泡效率344%，在盐水中的半衰期为21min，是一种较好的高效起泡剂。

通过大量室内试验筛选出来以上典型配方，其基本性能：

基液PH=7～8，粘度=105～123mPa.s。交联剂交联后冻胶PH=6～6.5粘度为310～420mPa.s。

CO2泡沫流体PH=3.5～4，旋转粘度计转速为170S-1，模拟温度为70℃时，剪切60～90min，粘度由320 mPa.s 降到75～55mPa.s。当CO2液体与水基冻胶液体以1：1混合时，温度30℃，剪切60～90min，粘度仍为90～110 mPa.s。

破胶试验：试验温度80℃，加入0.01%NH破胶剂，4h后压裂液残胶粘度降为2 mPa.s。