CO2压裂
页岩超临界二氧化碳压裂分析
页岩L145三轴超临界CO2压裂(500kPa/min)
声发射定位图
声发射事件累计值、孔压变化
孔压达到 孔压达到 28 MPa 22MPa时 时形成贯 页岩形成 穿裂缝； 贯穿裂缝； 平均源幅 平均源幅 值46.0dB 值45.4dB 较强 裂缝扩展能力 较弱 源幅值 高 低 （释放能量）
三向围压加载
剖开后 实物图
声发射 定位图
破裂压力24.31MPa 破裂压力27.04MPa（自然裂缝较发育） 二氧化碳压裂破裂压力小于水力压裂破裂压力，压裂能力强
1. CO2压裂
1.5 大尺寸试样不同压力梯度CO2压裂 压力梯度：dP=0.5、1.0、2.0MPa/min 三向 围压 加载
三种试验工况下页岩压裂后剖面：（左图）dP=0.5， （中图）dP=1.0 （右图） dP=2.0
X 60%判定为剪切型裂纹 Y Z 60%判定为拉伸型裂纹 40% X 60%判定为混合型裂纹
裂纹方向l、裂纹表面法向n与 矩张量特征向量有如下关系： e1 l + n e2 l n e3 l n
应力差异系数k=0.05时的震源模式， 其中红色剪切模式，蓝色为拉伸模 式，绿色为混合模式
1. CO2压裂
应力差异 系数定义
k 0.050
������������ = 21.0MPa
1.6 大尺寸试样不同应力差异系数超临界CO2压裂
k 0.286
������ℎ = 20.0MPa ������������ = 21.0MPa ������ℎ = 16.3MPa
h k H H
1. CO2压裂
dP=0.5MPa/min dP=1.0MPa/min dP=2.0MPa/min
超临界干法co2压裂2010
超临界干法co2压裂2010超临界干法CO2压裂技术在油气开采领域具有重要的应用价值。
本文将从超临界干法CO2压裂技术的原理、应用案例以及优势与挑战等方面进行论述，旨在对超临界干法CO2压裂技术有一个全面的了解。
一、超临界干法CO2压裂技术的原理超临界干法CO2压裂技术是利用高压CO2作为压裂液注入井下，通过CO2与岩石相互作用，形成裂缝从而提高油气网络流动能力的技术。
其原理是超临界CO2的优异性质和调控CO2参数能够改变CO2与岩石之间的相互作用强度。
超临界CO2的物理性质与水相比有很大的不同，主要体现在以下3个方面：（1） CO2达到临界状态时，其密度和粘度将骤增，可提供足够的力量对岩石施加压力。
（2） CO2在高压下具有较高的扩散速率和较小的表观粘度，可在岩石裂缝中快速扩散，加剧地层裂缝的发展。
（3）超临界CO2的溶解度会随着压力的变化而改变，从而影响CO2与岩石之间的相互作用。
二、超临界干法CO2压裂技术的应用案例超临界干法CO2压裂技术在实际油气开采过程中已经得到了广泛应用。
例如，美国3R油气田的开采利用了该技术，通过调控CO2参数和压力，成功地将CO2注入油层进行压裂，从而大幅度提高了油气产量。
此外，该技术还在世界各大油气田中得到了应用，如巴西的普雷萨盆地、挪威的海峡北海区等。
三、超临界干法CO2压裂技术的优势与挑战超临界干法CO2压裂技术相比传统水基压裂技术有以下优势：（1）减少水资源的消耗。
超临界干法CO2压裂技术不需要大量的水作为压裂液，降低了对水资源的依赖，有利于可持续发展。
（2）减少环境影响。
超临界干法CO2压裂技术不会产生废水和废液，并且减少了对地下水含量和水质的影响。
（3）提高油气产量。
超临界干法CO2压裂技术通过改变岩石裂缝的结构和增加油气的渗透性，使得油气能够更顺利地流动，从而提高了油气产量。
然而，超临界干法CO2压裂技术也面临一些挑战：（1）技术参数调控难度大。
超临界干法CO2压裂技术需要对CO2参数进行精确调控，以获得最佳的压裂效果，但这些参数之间有着相互依赖关系，调节起来较为困难。
《CO2气相压裂条件下钻孔孔周裂隙演化及抽采半径时变规律研究》
《CO2气相压裂条件下钻孔孔周裂隙演化及抽采半径时变规律研究》篇一一、引言随着对清洁能源和环境保护的日益关注，CO2气相压裂技术作为一种有效的地热能开采技术和地下CO2储存技术，其研究与发展变得愈发重要。
CO2气相压裂是一种通过注入高压CO2气体，利用其能量和物理特性来形成和扩展地下裂隙的技术。
本文旨在探讨CO2气相压裂条件下，钻孔孔周裂隙的演化规律及抽采半径的时变规律。
二、CO2气相压裂基本原理及影响因素CO2气相压裂是一种物理压裂技术，主要依靠高压CO2气体的能量来产生和扩展地下裂隙。
其基本原理是利用高压气体在地下岩石中产生应力集中，当应力超过岩石的强度极限时，就会形成裂隙。
影响因素包括：气压大小、注气速度、岩石类型和性质等。
三、钻孔孔周裂隙演化研究1. 裂隙形成与扩展：在CO2气相压裂过程中，钻孔周围的岩石受到高压气体的作用，形成初始裂隙。
随着气压的持续作用，这些裂隙会逐渐扩展，形成更大的裂隙网络。
2. 裂隙演化过程：利用数值模拟和实验室实验等方法，研究裂隙从形成到扩展的整个过程。
包括对不同气压、注气速度等条件下的裂隙演化进行对比分析。
3. 影响因素分析：分析岩石类型、地层结构、地应力等因素对裂隙演化的影响，以及这些因素如何与气压、注气速度等相互作用。
四、抽采半径时变规律研究1. 抽采半径定义：抽采半径是指从钻孔中心到抽采效率开始显著降低的区域的距离。
这个区域内的裂隙网络是有效的抽采通道。
2. 时变规律研究：通过长期监测和数据分析，研究抽采半径随时间的变化规律。
包括分析抽采过程中压力变化、流量变化等因素对抽采半径的影响。
3. 影响因素分析：分析气压、注气速度、岩石性质等因素如何影响抽采半径的时变规律。
同时，也要考虑地下水位、地质构造等对抽采半径的影响。
五、实验方法与数据分析1. 实验方法：采用室内模拟实验和现场试验相结合的方法，通过改变气压、注气速度等参数，观察和分析钻孔孔周裂隙的演化及抽采半径的变化。
二氧化碳压裂
二氧化碳泵车排量---压力性能
档位
发动机转速 （rpm）
4寸泵头
排量 最高压力
m3/min
MPa
1
1900
0.39
105
2
1900
0.548
105
3
1900
0.667
105
4
1900
0.835
95.8
5
1900
0.93
7
1900
1.478
54.4
4.5寸泵头
排量 m3/min
二氧化碳增压泵
二氧化碳泵车 二氧化碳罐车
1、二氧化碳压裂泵车（4台）
整车型号：2000型 发动机型号：底特律12V4000 发动机功率：2250马力/1950RPM 最高泵压：105MPa（额定） 生产厂家：江汉四机厂
二氧化碳压裂泵车工作原理与普通压裂泵车相同，但 因泵注的是零下几十度的低温液态二氧化碳，需拆除三 缸泵空穴消除器 ，并采用耐低温阀门、盘根、凡尔胶皮。
生产厂家：美国双S 最大排量：4.6m3/min 最高工作压力：350PSI 吸入口数量：8个 排出口数量：8个
3、二氧化碳罐车（9台）
生产厂家：河北盐山汇达公司 罐车容积：14.m3 工作压力：2.1MPa 数量：9台
4、二氧化碳控制车及配套设备
该车装备了软启动控制柜，二 二氧化碳控制车 氧化碳罐车卸车泵供电电缆，二 氧化碳罐车卸车阀远程控制开关， 可实现二氧化碳罐车卸车的远程 集中控制。
卸车阀远程控制开关
软启动控制柜
卸车泵供电电缆
配备了防冻液循环水泵 及储罐，保证了二氧化碳泵 车的循环试压的需要。
防冻液循环水泵
配备了空压机及压缩空气 储罐，满足了防冻液回收循环 扫线的需要
CO2泡沫压裂技术介绍
（3）CO2泡沫压裂液添加剂优选
★起泡及稳泡性能试验 ★压裂液耐温耐剪切性能评价试验 ★静态与动态滤失试验 ★动态模拟试验 ★粘弹性试验 ★支撑剂沉降试验 ★压裂液破胶与残渣性能试验 ★压裂液的表面化学特性与吸附特性试验
(3) CO2泡沫压裂液添加剂优选
• 起泡剂优选
80
70
FL-36
YPF-1
770
825
600
400
200 70
0 YPF-1
136.7 B-18
212 FL-36
起泡体积（ml） 半衰期（×0.1min）
不同起泡剂的起泡效率与稳泡特性（1.0%水溶液）
（3）CO2泡沫压裂液添加剂优选
•稳泡剂的优选
起泡体积（m l） 半衰期（m in）
羟丙基瓜尔胶 水溶液浓度越大， 形成的泡沫半衰 期越长，也就是 泡沫越稳定；同 样也使得泡沫体
四:CO2泡沫压裂工艺技术
工艺技术特点 总体上CO2泡沫压裂特点表现为“一少、一低、一
快”。与常规水基压裂相比，入井液量少；对储层伤害 低；压后返排快。
中国 . 西安
CO2泡沫压裂工艺流程
在水力压裂的泵注过程中，采用CO2泵注车将液体CO2经过地面三通与冻胶液混合注入井 内。利用液态CO2与冻胶液的混合液进行加砂压裂施工。
60
B-18
50
时间(min)
40
30
20
Hale Waihona Puke 100050
100
150
200
250
不同起泡剂水溶析液水的量(泡ml沫) 稳定性对比
（3）CO2泡沫压裂液添加剂优选 • 起泡剂优选
从起泡效 率和泡沫稳 定性对比看， FL-36起泡剂 性能最好， B-18和YPF-1 起泡剂性能 相当。
二氧化碳压裂页岩技术
二氧化碳压裂页岩技术
二氧化碳压裂是一种新兴的页岩气开采技术。
它利用高压二氧化碳替代传统的水和化学品作为压裂液，将其注入到页岩岩层中，从而使岩石裂缝扩大，释放出埋藏在其中的天然气。
相比于传统压裂技术，二氧化碳压裂具有更高的效率和更少的环境影响。
二氧化碳压裂技术的优势在于其压裂液为二氧化碳，不仅可以减少对地下水资源的污染，还可以将二氧化碳气体注入到岩层中进行封存，起到减缓气候变化的效果。
此外，二氧化碳压裂所需的水资源也较少，适用于缺水地区的页岩气开采。
不过，二氧化碳压裂技术也存在一些挑战，例如二氧化碳的成本较高、压裂液的注入需要更高的压力等。
此外，岩层中的二氧化碳含量也会影响二氧化碳压裂的效果。
总体来说，二氧化碳压裂技术是一种有前途的页岩气开采方法，其环境友好、高效节能的特点使其备受关注。
未来随着技术的不断进步，二氧化碳压裂技术的应用前景也将变得更加广阔。
- 1 -。
《超临界CO2压裂煤体的化学及力学特性实验研究》范文
《超临界CO2压裂煤体的化学及力学特性实验研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和传统能源资源的日益枯竭，煤层气作为一种清洁、高效的能源资源，其开采技术逐渐成为研究的热点。
超临界CO2压裂技术因其独特的物理和化学特性，在煤层气开采中展现出巨大的潜力。
本文通过实验研究超临界CO2压裂煤体的化学及力学特性，以期为煤层气的高效、安全开采提供理论依据和技术支持。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验所使用的煤样取自某煤矿，经过粉碎、筛分等处理后，得到粒径适中的煤样。
实验所使用的超临界CO2购自专业厂商，确保其纯度和压力的准确性。
2. 实验方法实验主要分为两个部分：一是超临界CO2压裂煤体的化学特性实验；二是超临界CO2压裂煤体的力学特性实验。
在化学特性实验中，通过控制压力、温度等参数，观察CO2与煤体之间的相互作用，以及煤体中气体产物的生成情况。
在力学特性实验中，采用压力加载装置，模拟实际开采过程中的煤体受力情况，观察煤体的应力-应变关系。
三、实验结果与分析1. 化学特性分析通过超临界CO2压裂煤体的化学特性实验，我们发现：在一定的压力和温度条件下，CO2能够与煤体发生化学反应，生成一些气体产物。
这些气体产物的成分和产量随压力、温度等条件的变化而变化。
同时，我们还发现，超临界CO2压裂过程中，煤体的孔隙结构发生变化，有利于煤层气的开采。
2. 力学特性分析在超临界CO2压裂煤体的力学特性实验中，我们发现：随着压力的增加，煤体的应力-应变关系发生变化，表现出明显的塑性变形特征。
此外，我们还发现，超临界CO2压裂能够改善煤体的力学性能，提高其抗压强度和抗拉强度。
这为煤层气的安全、高效开采提供了有力的技术支持。
四、讨论与展望通过本实验研究，我们深入了解了超临界CO2压裂煤体的化学及力学特性。
这些特性的变化对煤层气的开采具有重要影响。
首先，超临界CO2与煤体的化学反应能够生成气体产物，有利于提高煤层气的采收率。
其次，超临界CO2压裂能够改善煤体的孔隙结构和力学性能，提高其抗压强度和抗拉强度，从而保证开采过程中的安全性。
煤层气田二氧化碳压裂适应性简介
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） 交联水基冻胶
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
导流能力保持率 80～90 65～85 45～70 45～55 10～50
中国石化 中原石油勘探局
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
5、CO2段塞增能压裂
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。
• （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。
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。
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 2 0 3 1 A K 底 盘 ， 主 要 包 括 台 上 卡 特 3 1 1 6 TA 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。台上发动机中额国定石功化率为中1原9石0马油力勘探，局增压
入井下,其体积系数是1:517;
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
pH值，降低了压裂液对基质的伤害；
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为了提高泡沫压裂液的性能，满足压裂 施工的需要：
稠化剂 起泡剂 破乳剂 防膨剂 稳定剂
⑴稠化剂
稠化剂在CO2泡沫压裂液中主要起稳定泡沫、增 加外相粘度的作用，其质量对压裂液性能影响较大。
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
对目前常用的几种稠化剂进行性能测定，具体结果
见表。
稠化剂 改性胍胶 胍胶 田菁 香豆 （0．6%）粘度 111 mPa.s 107 mPa.s 60 mPa.s 80 mPa.s 水不溶物 7.5% 13% 31% 15%
热力学参数 泡沫压裂裂缝延伸数 学计算模型
施工参数
压裂液参数
压力分布
支撑剂参数 泡沫压裂液在裂缝中 流动的数值计算模型 岩石力学参 数
温度分布
产能预测
二氧化碳泡沫压裂液由二氧化碳和凝
胶压裂液组成，在添加剂的作用下形成具
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
有一定粘度和稳定性的泡沫，达到携砂、 造缝的目的。
改性胍胶具有粘度高，水不溶物低的特点，能满 足稳定泡沫和携砂的要求，确定改性胍胶作为二氧化 碳泡沫压裂液用的稠化剂。
140 120 100 80 60 40 20 0 0.4 0.5 0.55 Å ä ± È £ ¨%£ © 0.6 0.7
© ¨mPa.s£ È £ ³ ¶ Õ
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
二氧化碳压裂设计方法开发与应用
设计方法
压裂液流变性、滤失性
地层压力场、温度场
支撑剂运移分布
对泡沫压裂液在井筒和裂缝中的流动进行 模拟计算，设计泡沫压裂井口控制参数和施工 参数。
FracproPT压裂软件的二氧化碳泡沫压 裂设计的程序流程见图。
二氧化碳压裂设计方法开发与应用
地层参数 裂缝参数
泡沫压裂液在井筒中 流动的数值计算模型
施工过程中，在与二氧化碳混合前改性胍胶
液要起到携砂的作用 ，必须具有一定的粘度， 根据施工要求，确定使用配比为0.5-0.6%。
⑵起泡剂筛选
在泡沫压裂液中，起泡剂的起泡及稳定性能直 接影响泡沫压裂液的质量。选取三种起泡剂进行筛 选，将选取的三种起泡剂放在PH值调整为3-4，并加 入各种添加剂的 0.5%稠化剂溶液中高速搅拌后，放 在量筒中观察泡沫半衰期。
二 氧 化 碳 压 裂 管 柱
地面流程 研究确定了施工的地面流程、井口控制方法
12mm减压阀 6mm减压阀 排空阀 水力压裂车组 压力表 井 口
二氧化碳压裂井口控制及地面流程
单向阀
旋塞阀
CO2泵车
CO2泵车 CO2罐
地面流程
增压泵车
井口控制 二氧化碳压裂井口控制及地面流程
完成CO2压裂现场试验及效果评价
²²²²²° ²²²²± ²
160 140
© ¨m i n £ Ú £ ¥ Æ ë Ë °
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
120 100 80 60 40 20 0 0.1 0.25 0.5 0.75 1 1.25 Ó Á ¼ ¿ £ ¨% £ ©
WJN DS-101 B-18
半衰期最长的是DS-101，且形成的泡沫细密，综 合考虑后决定选DS-101做起泡剂,使用浓度0.5-1%。
82 86.5 94
100 100 100
5、稳定剂评
0.25%的浓度可使泡沫的稳定性提高近27%。
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
稳定剂对泡沫半衰期的影响
0
试验1 试验2 试验3 平均 111 108 110 110
0.25
150 152 148 150
0.5
130 135 133 133
1.0
研究确定了施工的地面流程、井口控制方法
丝堵 大弯管接头
井口为700型炮弹阀门
顶丝4个 油管悬挂器(上下两端为Φ76mm 外加大内扣) Φ76mm P106 外加厚油管 套管
井口流程
⑶防膨剂的筛选
25
Ç Ë å ® KCL BCS-851 FL-1
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
20
© ¨%£ Ê £ Í Â ò Õ Å
15 10 5 0 0.5
1
1.5
2 3 5 ò Õ Å Í Ê ±ä ¼ £ ¨h£ ©
8
10
14
从试验看出 FL-1 防膨剂用量小，能很好的抑
制粘土膨胀，且与压裂液有良好的配伍性，因此 选定为压裂中使用的防膨剂，使用浓度5%。
(4)、破乳剂评价：
将破乳剂SP-169按0.1%加入酸性压裂液中，进 行原油与破胶的水化液按3种不同比例做破乳试验。
破乳率性能测定结果
时间 破乳率(%) 样品
二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
3min
5min
15min
30min
3：1 3：2 1：1
36.8 68.5 63.2
52.8 78 72
大庆油田二氧化碳压裂
工艺技术
井下工程地质研究所 探井压裂
二氧化碳压裂设计方法
二氧化碳泡沫压裂液的研究
二氧化碳压裂管柱研究
井口控制方法及地面流程确定
在泡沫压裂设计中，为了保证泡沫液稳定性、 降低施工压力、减小施工风险，开展了“恒定内相” 设计方法研究。
二氧化碳压裂设计方法开发与应用
A
B
C
D
E
采用FracproPT压裂设计软件
发泡量 (ml)
半衰期 (min)
配伍性
310
150
泡沫压裂液体系配伍性 好
泡沫质量 半衰期 （%） （min） 70 150
泡沫粘度（mpa.s） 常温 158 90℃ 230 N/
流变性 K/(mpa.sn) 27.8
滤失系数 （m/min1/2） 7.6×10
-4
0.4257
为了提高二氧化碳压裂的工作效率，研制了一 次可压两层并可实现不动管柱同时返排的压裂管柱 工具。
125 127 126 126
1.5பைடு நூலகம்
120 123 122 122
经过大量的室内试验，研究出泡沫压裂液体系， 具体配方及性能。 二 氧 化 碳 泡 沫 压 裂 液
添加剂 名称 胍胶 破乳剂 SP-169 稳定剂 W-1 起泡剂 DS-101 防膨剂 FL-1
用量 0.6% 0.1% 0.25% 1.0% 0.3%