CO2压裂液介绍
黏弹性表面活性剂-CO2泡沫压裂液及其应用
沫
压裂 液
应 用实例
１ 前 言
Ｃ Ｏ 基液 体 通 常 用 于 压 裂 改 造 低 压 和 水 敏 性 （ 毛细管压力 、含 膨胀 性 黏 土等 ）储 层 。怀 俄 明 高 卅 大角 盆地 Ｆ ｏ ｔ ｒ 层 曾使 用过各 种压裂 液 ，获 Ｉ ｒｎ ｉ 地 ｅ
得过不 同程度 的成功 。处理水 敏性地层 的一个 原则
两 口井 的应 用实例 表 明 ，通过精确 压力测 量可 及时调 整压裂决 策 ，可 利用偶 极声波工 具信息 校准 地层应 力 、杨 氏模量 和泊松 比 。
脉 ，南 面 为 Ｏ ｒｅ 山 脉 ，西 面 为 黄 石 高 地 ｗｌＣ ｅｋ
（ ｓｒｋ Ａｂ ａｏ ａ山） 。盆 地 中 含有 许 多产 生于 拉 腊 米 构
层经压力恢 复试井 发现 储层压 力和渗 透 率较预 期 的
低 ，因而决定放弃改造 ，而 只压 裂 Ｆ ｏｔ ｒ ｒｎｉ 地层 ，结 ｅ 果该井平均产量 ３１ ×１ ／ 。第二 口井进行 了偶 ． １ ０ ｍ３ｄ
中遗 留残渣 ，或 对 支撑 剂 充填 层造 成 损 害，
可 获 得 几 乎 完全 的 返 排 。 压 裂 作 业 过 程 中这
对 象 。上 白 垩 纪 Ｆ ｏ ｔ ｒ 层 总 厚 度 范 围 １ ２ ４ ｒ ｎｉ 地 ｅ ５ ． ～
怀俄 明州使 用 的这 种新型无 聚合物 泡沫液 体体
系属高 Ｃ 泡沫值 （０ ） Ｏ Ｏ ７ 。Ｃ 泡沫值指 Ｃ ： Ｏ 气
体体 积对泡 沫 液 总体 积 之 比，在 该值 达 到 ７ 情 Ｏ 况下 ，体系 中水 的用量 降 到了最低 ，最 小化 了黏土 膨胀 和相对 渗 透 率变 化 的相 关 问题 。使 用 Ｃ 基 Ｏ：
CO_2泡沫压裂液性能评价_刘晓明
CO 2泡沫压裂液性能评价刘晓明1 蔡明哲2 蔡长宇1(1.中国地质大学资源学院能源系,北京;2.北京中佳学校,北京)摘要 CO 2泡沫压裂液是压裂液体系的一个重要组成部分,在低压、水敏地层的压裂改造中,CO 2泡沫压裂液比其它压裂液体系优异。
经优选,确定CO 2泡沫压裂液实验基础配方为:(0.65%~0.70%)GRJ 改性瓜胶+ 1.0%F L -36起泡剂+0.1%杀菌剂+0.3%DL -10助排剂+ 1.0%KCl 粘土稳定剂+(0.003%~0.06%)过硫酸铵+1.5%AC -8酸性交联剂。
并对泡沫质量为50%~70%压裂液体系的剪切性能、耐温性能、流变参数、粘温性能、破胶与残渣、破胶液的表观性能和岩心伤害进行了评价。
结果表明,CO 2泡沫压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能和流变性能,携砂能力强,对储层岩心伤害小,可以满足大多数泡沫压裂施工的需要。
关键词:CO 2泡沫压裂液 耐温性 防止地层损害CO 2泡沫压裂液是压裂液体系的一个重要组成部分,在低压、水敏地层的压裂改造中,CO 2泡沫压裂液比其它压裂液体系性能优异。
为了建立完整的压裂液体系,辽河石油勘探局井下作业公司与中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院开展了CO 2泡沫压裂液性能研究项目。
室内研究1 CO 2泡沫压裂液基础配方在压裂液体系基础上经过优选,确定了CO 2泡沫压裂液(泡沫质量为50%~70%)试验基础配方。
(0.65%~0.70%)GRJ 改性瓜胶+0.1%杀菌剂+1.0%FL -36起泡剂+ 1.0%KCl 粘土稳定剂+0.3%DL -10助排剂+(0.003%~0.06%)过硫酸铵+1.5%AC -8酸性交联剂2 CO 2泡沫压裂液耐温耐剪切性能使用RV20旋转粘度计,在170s -1剪切速率和不同温度条件下,分别测定了泡沫质量为65%的交联泡沫压裂液的耐温和耐剪切性能,结果见表1。
3 CO 2泡沫压裂液耐温性能CO 2泡沫质量为65%的压裂液在不同温度下的流变性能见图1。
二氧化碳泡沫压裂技术及应用
为中浅层压裂增产改造的主要技术手段。
大庆探区二氧化碳泡沫压裂技术发展及应用
目前大庆探区二氧化碳泡沫压裂技术现状
1、车组设备能力;2006年以前压裂泵车应用双S3缸泵车组
,CO2液压裂施工排量最高2.7m3/min,大排量限流法压裂，泡沫质
量一般在50左右%,现在CO2液施工排量提高到3.0m3/min,泡沫质 量提高到60%以上 。
第一阶段,1998年-1999年,这期间引入吉林油田设备进行 技术服务,共压裂7口井11层,平均泡沫质量为51.02%,最大单 层加砂规模32.0m3,最高泡沫质量56.7%,压后平均单井日产油 3.82t。工艺水平相当于混气水压裂。
第二阶段,2001年-2006年,引进双S2000型压裂车组,建立 了大庆油田自己的二氧化碳泡沫压裂技术,形成了恒定内相泡 沫质量和变泡沫质量的设计方法,提高了施工成功率和泡沫质 量,这期间共压裂30口井40层,平均泡沫质量为60.56%,最大单 层加砂规模36.0m3,最高泡沫质量67.7%, 压后平均单井日产 油3.83t。真正实现了二氧化碳泡沫压裂。
• 改变原油性能,降低粘度和凝固点
CO2进入低饱和压力的油藏，可以大量溶于原油中，据统 计，中原稠油井采用CO2吞吐，原油粘度平均下降38%, 凝固 点一般下降10℃,原油的粘度和凝固点大幅度降低，减小了渗 流阻力，提高了油层产能。
大庆探区二氧化碳泡沫压裂技术发展及应用
• 大庆探区二氧化碳泡沫压裂技术发展大体分为三个阶段
CO2泡沫压裂排量与泡沫质量选择表
CO2排量 (m3/min ) 2.8 2.0 基液排量 (m3/min) 1.0 1.8 1.0 1.9 1.2 2.1 1.4 2.4 1.6 2.7 1.8 2.9 2.0 2.9 总排量 (m3/min ) 3.8 3.8 4.0 4.0 4.2 4.2 4.4 4.4 4.6 4.6 4.8 4.8 5.0 4.8 泡沫质 量(%) 73.7 73.7 75.0 73.6 71.4 71.6 68.2 67.8 65.2 64.0 62.5 62.3 60.0 62.3 质量类型
压裂液介绍
美国不同压裂液类型发展趋势对比
所占比例（%）
三、压裂液添加剂
1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括
稠化剂 杀菌剂 破胶剂 pH值调节剂 表面活性剂 粘土稳定剂
发泡剂 温度稳定剂 转向剂 降滤剂 交联剂
三、压裂液添加剂
2.压裂液添加剂应用的基本要求
－每种液体需要最少的添加剂；
－检查所有添加剂的配伍性； －添加剂对温度和pH的敏感性，按设计的配比 加入。
3.压裂液添加剂- 稠化剂
水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是水基压裂 液的基本添加剂。 植物胶（如胍尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、 槐豆胶、魔芋胶和海藻胶）及其衍生物 纤维素的衍生物(如羧甲基纤维素、羟乙基纤 维素等)； 合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯 酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）,以及生物聚合物 （黄胞胶）。
在现场应用六速粘度计实时测试，在低速100转
/min下，测试的读速乘3为表观粘度。
测试交联冻胶交联时间和破胶时间。 在恒温、时间、剪切速度的条件下测试液体
2.压裂液滤失效率
低效压裂液
短缝
高滤失
高效压裂液
长缝
低滤失
3.压裂液的粘温曲线
900 800 700 600 90 80 70 60
 ¶ Î È
1.压裂液现场质量-控制内容 （1）空压裂罐到位时，应进行检查，确认清洁度。 如果罐中存在锈、油、土和作业残留物等时，应在装 水前清洗干净。 （2）从到位罐内取水样，进行配液前的水分析。 保证用水来此地表水，而非地面水。水质检查包括测 试pH值和目测（是否有油膜、悬浮颗粒或浮动碎屑等明 显的污染物）。 （3）配液前对罐进行计量，确保各罐中按比例加入添加剂； 配液中形成的“鱼眼”和非水化聚合物块，主要原因 是向配液漏斗中加入稠化剂与水流冲刺的速度不相匹配。
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泡沫压裂液的研究与应用
石 油 勘 探 与 开 发 8 , 2 * = NM O 8 = * 2 5 , D * E5 E << 3 = * 8 M E ,
3 P Q ( & / E P ( %
剪切速率下， 测得的 > + ? 泡沫质量交联泡沫压裂液的 耐温耐剪切性能见表! 。
表! 耐温耐剪切试验结果
时间 （B ） F G " ( + ! " & " ’ " % " + " > " 0 " ! " " 温度 （H ） ! > ( / % 0 ( & > / ( > 0 " ( $ $ / ( $ 0 " ( ’ 0 " ( / 0 " ( $ 0 " ( ! " （B ・ ） 8 K I & ’ 0 & ! ! ’ " / & % & & + > ! / + ( + ! ! + ( > > & ( & % " ( $
—高剪切速率， 加$ —泡沫质量’ 6 % " #； 7 " #， & + ) + (； & 气体至泡沫质量’ —泡沫质量’ 表观黏度+ ・ ； —泡沫质量’ 升温至 $ " #， & + ) + (， ’ 1 4 , . 8 " #， —泡沫质量’ 表观黏度+ ・ ； —泡沫质量* 1 " (； 9 " #， 1 " (， & ! 4 , . : " #， 表观黏度1 ・ ； —泡沫质量& 表观黏度’ ・ 1 " (， " 4 , . ; " #， 1 " (， " 4 , .
低渗透气藏压裂液：以甲醇水溶液为基液的二氧化碳乳状液
低渗透气藏压裂液：以甲醇水溶液为基液的二氧化碳乳状液【摘要】以乙醇水溶液为基液的高质量二氧化碳乳状凝胶液作为一种压裂液于1981年引入到加拿大西部沉积盆地（WCSB）。
自那时起，这种液体的使用就很成功，尤其是在低压、致密气藏的应用。
这种二氧化碳泡沫/乳状液具有传统高质量二氧化碳压裂液的全部优点，还有另外一个好处是可以大量减少入井的水。
本文讨论的是基于甲醇水溶液的二氧化碳乳状液，包括化学、流变性评价，以及这些液体在过去十年里在加拿大西部沉积盆地现场的成功应用。
【关键词】甲醇水溶液；二氧化碳乳状液；压裂液引言随着世界范围地对资源不断增长的需要，石油工业需要继续开发更低渗透率气藏。
极低渗透率气藏是很典型的低毛细管饱和状态，有时饱和的原始水和碳氢化合物远少于希望的常规毛细管机理所考虑的空隙系统。
这些地层也被叫做风干或脱水地层并广泛存在于世上的每一个角落。
引入一个额外的不能融和的相，或增加饱和在多孔介质内存在的相（1），能完全损害碳氢化合物的渗透率或相对渗透率。
这种现象通常称为水相或烃相的诱捕，并取决于当时的情况。
防止这些问题最通常的技术涉及到减少水基液体的使用。
甚至液体以很低的液体滤失（去减少浸入地层的深度）也易引起风干地层自发逆流的自吸效应。
减轻这种效应最有效的方法是使用界面张力还原剂（例如互溶剂或表面活性剂）或混相气体如CO2或LPG。
当转换成压裂液时，这涉及到以不伤害的方式利用以上提到的几种试剂开发压裂液体。
CO2作为压裂液的一种能量手段使用是一个旧的观念（2）。
这种高质量的CO2泡沫压裂液，以前已经评价过（3）。
本尼恩也讨论了使用CO2和甲醇去减少和降低低渗透气藏的损害（4）。
这样，所有构思的自然延伸是组合所有液体的优点，例如，开发一种乳状液使用高质量的CO2（80个质量单位或更高）和40%的甲醇代替外部凝胶相的水。
1.甲醇的特性和在压裂液地层的使用甲醇有一些很吸引人的特性使得它在压裂液中的使用广泛（5），在水中使用40%的甲醇使表面张力从72达因/厘米降低到40达因/厘米，冰点从0℃到-40℃，比重从1到0.95。
CO2酸性冻胶泡沫压裂液的开发与应用
CO酸性冻胶泡沫压裂液的开发与应用2井下作业分公司夏宏郑善军张海龙摘要：本文简单介绍了常规压裂液冻胶的交联机理和所需环境，表明只有开发应用新的酸性交联剂才能形成酸性冻胶压裂液。
主要介绍了AC-m酸性交联剂的交联机理和酸性冻胶泡沫压裂液的配方研究、性能评价以及现场应用试验等情况。
通过试验可以看出，使用酸性冻胶压裂也可有效的减少地层伤害、提高砂比。
主题词：压裂液酸性交联破胶1 前言水基冻胶压裂液所用的植物胶的水溶性部分可交联成冻胶，冻胶具有较高的粘度和携砂能力，但是当压裂液体系的PH值小于7时冻胶又变成溶液，这个过程是交联的逆过程，称为“解交联”。
“解交联”以后的溶液没有了冻胶的粘弹性，耐温耐剪切能力变差，携砂能力迅速下降。
CO2泡沫压裂的压裂液体系本身就是处于酸性条件下的，所以以往施工只能以基液携砂，限制了砂比的提高，而且容易造成砂堵事故，因此迫切需要开发酸性冻胶压裂液。
2 常规压裂液冻胶交联机理图1 冻胶网状体形结构水基冻胶压裂液所用的植物胶的水溶性部分主要是以1，4β甙键相连的D-甘露吡喃糖为主链，以1、6α甙键相连的D-半乳吡喃糖为支链组成的长链中性非离子型多邻位顺式羟基的聚糖。
半乳糖与甘露糖之比不同导致了胍胶、田菁胶等植物胶的不同特性。
硼酸盐和过渡金属化合物通过顺式羟基-OH与胍胶等植物胶连接成网状体型结构的冻胶，如图1（a）。
当聚合物溶液浓缩到分子相互重叠时，图1（a）中的化合物能够与相重叠的聚合物反应，使之两两相连在一起如图1（b），产生了两倍于聚合物本身分子量的新物质。
因为每个聚合物链包含了许多顺式羟基，所以形成高分子网络的高粘度溶液。
这种反应必须在碱性条件下进行，高的PH值有利于交联冻胶的稳定性。
因为高的PH值可以使硼酸和硼离子之间的平衡向增加硼酸盐浓度的方向移动：H3BO3+OH- B（OH）4-常规交联剂有无机交联剂硼砂、有机交联剂有机硼、有机锆、有机钛等，各种交联剂的交联环境见表1。
CO2干法压裂综合调研报告
CO2干法压裂据了解，二氧化碳压裂技术源于北美，是一种采用液态二氧化碳作为压裂液来代替水的技术，主要针对煤层气、水敏性储层、含原油较稠储层、低压储层的油气开发而设计。
液态二氧化碳在汽化后，无水相，无残渣，仅有支撑剂留在地层，不会对储层造成伤害，可实现快速排液投产；此外，二氧化碳具备比甲烷更强的吸附力，可置换出吸附于母岩的甲烷，从而提高天然气或煤层气的产量，并实现部分二氧化碳的永久埋存。
与常规水基压裂相比，二氧化碳干法压裂对地层几乎无伤害，具有良好的增产增能作用，大量节约了水资源，达到了节能减排、绿色环保的施工要求，对于非常规油气储层清洁、高效开发意义深远，具有广阔的应用前景。
一、工艺技术原理1、增产机理强水敏/水锁伤害储层由于水基压裂液的滤失而导致较大的储层渗透率损害，影响压裂作业的增产效果。
低压、低渗透气藏普遍具有较强的水锁伤害。
CO2干法加砂压裂能够较大幅度的提高强水敏/水锁伤害储层的压后产量，主要体现在：①压裂液具有极低的界面张力，受热汽化后能够从储层中完全、迅速返出；②压裂液无残渣，对支撑裂缝导流床具有较好的清洁作用，保持了较高裂缝导流能力和较长的有效裂缝长度；③CO2在地层原油中具有较高的溶解度，能够降低地层原油黏度，改善原油流动性；④超临界CO2具有极低的界面张力，理论上，对非常规天然气储层中吸附气的解析具有促进作用。
2、技术优点CO2干法加砂压裂具有诸多优点，主要体现在较小的储层渗透率伤害，较高的支撑裂缝导流能力保留系数，较快的压后返排速度和对吸附性天然气的解析等方面。
对于提高水敏／水锁伤害严重储层和吸附性天然气储层（页岩气、煤层气等）产能具有明显技术优势，是一项非常有前景的增产改造技术。
CO2干法压裂总结起来有以下优点：1）无水相，不会对储层造成水敏水锁伤害；2）无残渣，不会对储层和支撑裂缝渗透率造成残渣伤害；3）具有很好的增能作用，在压力释放后，二氧碳气体膨胀，可实现迅速返排，有低压气井的压后快速排液投产；4）CO2流动性强，可以流入储集层中的微裂缝，更好地沟通储集层；5）CO2溶于原油可以降低原油的黏度，利于原油的开采；6）CO2能够置换吸附于煤岩与页岩中的甲烷，在提高单井产量的同时，还可以实现温室气体的封存。
二氧化碳压裂增产技术
二氧化碳压裂增产技术摘要：近年来，二氧化碳压裂法作为一种新型的非水压裂法已被广泛地用于国外和国外的非传统石油资源的开采。
二氧化碳压裂工艺主要有二氧化碳泡沫和二氧化碳干压裂化两种工艺，对于非传统油藏（尤其是低压、低渗透、水锁、水敏伤害）的工艺改进具有重要作用。
为解决二氧化碳压裂增产问题，本文综述了二氧化碳压裂技术的原理、施工工艺、压裂液体系、设备要求等，并对当前的问题及发展方向做了简要的介绍，以期为相关人员（或工程）提供参考。
关键词：二氧化碳；压裂增产CO2 fracturing stimulation technologyXI Shangyong，XIA Xuhua，BAO Li（CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited Tuha Downhole operation company）In recent years, as a new non hydraulic fracturing method, carbon dioxide fracturing has been widely used in the exploitation of unconventional oil resources at home and abroad. Carbon dioxide fracturing technology mainly includes carbon dioxide foam and carbon dioxide dry pressure cracking, which plays an important role in the process improvement of unconventional reservoirs (especially low pressure, low permeability, water lock, water sensitive damage). In order to solve the problem of CO2 fracturing stimulation, this paper summarizes the principle, construction technology, fracturing fluid system, equipment requirements, etc. of CO2 fracturing technology, and briefly introduces the current problems and development direction, in order to provide reference for relevant personnel (or Engineering).Key words:carbon dioxide;Fracturing stimulation引言近几年，由于我国石油消费的日益增长，石油对外依赖性已达60%，而随着国内石油产区的不断减少，石油产量的不断减少，石油资源的供应也面临着严峻的挑战。