CO2泡沫压裂液的研究与应用
液态二氧化碳压裂技术研究现状与展望
科技与创新┃Science and Technology & Innovation ·14·文章编号：2095－6835（2016）19－0014－01液态二氧化碳压裂技术研究现状与展望宋远飞1，孙鹏勃2（1.长城钻探工程有限公司工程技术研究院，辽宁盘锦 124010；2.辽河油田沈阳采油厂，辽宁盘锦 124010）摘 要：液态二氧化碳压裂技术是生产运营过程中增产改造的一种常见工艺技术，而将液态的二氧化碳作为压裂液具有多种优点。
液态二氧化碳是一种无毒、无味的物质，在其使用过程中，不会对储层造成任何伤害。
过去，压裂技术中使用最多的就是水基压裂液，水基压裂液在致密气藏、页岩气藏开发中具有许多问题，而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一不足。
下面，结合液态二氧化碳压裂技术的使用现状，深入探讨了液态二氧化碳的应用特点、发展现状和研究方向，以期为日后的相关工作提供参考。
关键词：液态二氧化碳；增产技术；压裂改造工艺；生产性能中图分类号：TE357.1+3 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.19.014目前，压裂改造是最主要的增产技术之一，它在低渗、特低渗致密油气资源的开发中具有较强的实用性，特别是在油气资源密集的页岩油气资源的开发过程中，该方法也具有较好的发展前景。
传统的压裂液在使用过程中需要耗费较多的水资源，而且还有可能会污染地下水和地表环境。
而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一现状，压裂后的二氧化碳变成气体从地层中完全排出，对储层几乎无伤害，因而在低渗、低压、水敏性储层开发中得到了广泛的应用。
1 液态二氧化碳压裂技术特点分析在液态二氧化碳的压裂过程中，液态的二氧化碳是最主要的压裂液。
该方法主要是采取一定的技术手段将二氧化碳加压、控制温度等，进而满足实际压裂工况。
通常情况下，在一般环境下，二氧化碳由气态转变为液态的临界温度是31 ℃，临界压力为7.38 MPa，而且液态二氧化碳的密度与水的密度相差不大，而对其加压后，液态二氧化碳的黏度则大大降低了。
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。
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：
二氧化碳干法压裂技术的应用及优缺点
深和定位，所以测量人员可以在整理内业时，根据无人船测探仪测深记录上的模拟记录信号，在原始记录的数据中精确的提取深水和浅水的特征点，从而能够获得三维坐标数据，便于绘制水下地形图。
图2、图3是无人船准备作业的场景。
图2 无人船现场作业图图3 无人船现场作业基站部分2.3 数据处理与绘图在漠阳江段的无人船水下地形测量作业中。
通过对数据的编辑和校正后，再利用专业的测量软件进行准确计算、修正水位。
然后可以按照测量的日期对数据进行编排，此时要注意所有的原始数据要进行打印备份。
最后对外业手薄进行整理和校正。
采用Ocean Post-Processing V2.03f 处理软件绘制漠阳江水下地形图。
本次无人船测量试验严格执行有关标准和项目各产品的技术规定，同时参考《粤西天然气主干管网项目(阳江-江门干线)1:1000比例尺小型河流定向钻穿越测量项目设计书》的要求执行，确保本次测量结果真实准确，极大的提高了水下测绘工作效率，为粤西天然气管网项目提供了有力的数据支持。
3 结语综上所述，无人船在水下地形测量作业中具有体积轻巧、吃水浅等特点，既能够解决载人船租借困难的问题，也能够降低载人船测量的危险系数，可以在最大限度内提高工作效率和测量水平。
对于近海、水电站以及湖泊、城市内河等水下地形测绘具有相对显著的优势。
因此无人测量船在未来的水域测绘、水域勘察、水质监测、甚至是军事方面的应用都有较大的市场前景。
参考文献：[1]关雷，郑宝华，赵琳，等.浅析无人船在水下地形测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2019, 42 (11): 202-204.[2]高艳.无人船在水下地形测量中的应用与探讨[J].城市勘测，2019 (04): 173-175, 179.作者简介：李作开(1978-)，男，汉族，甘肃民勤县人，大学本科，研究方向：工程测量(GPS 数据处理与精度分析)二氧化碳干法压裂技术的应用及优缺点刘安(中石油渤海钻探井下作业公司，河北 任丘 062552)摘要：干法压裂的压裂介质最重要的是纯液态的二氧化碳。
CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液研究与试验
性剂 WG ２,形成了一种 CO２ 泡沫双子表面活性剂清洁压裂液,并对其综合性能进行了评 价. 评 价 结 果 表 明:该 压
裂液具有较强的泡沫稳定性、良好的耐温抗剪切 性 能、黏 弹 性 能、携 砂 性 能、破 胶 性 能 和 低 伤 害 特 性.CO２ 泡 沫 双
System withCO２Foam GeminiSurfactant
YANG Haolong１,XIANGZuping１,LILong２,YUAN Yingzhong１ (１．Schoolof Petroleum Engineering,ChongqingUniversityofScience & Technology,Chongqing, ４０１３３１,China;２．ResearchInstituteofPetroleum Exploration & Development,PetroChinaSouthwestOil & GasFieldCompany,Chengdu,Sichuan,６１００５１,China) Abstract:CurrentprevailingfracturingfluidsystemsexhibitproblemsinthefracturingofunconvenＧ tionaloilandgasreservoirssuchaspoorformationcompatibility,difficultgelbreakingandflowbackas wellassecondarydamagetoformations,sotheycannotmeettherequirementsoffracturinginunconvenＧ tionaloilandgaswells．Toovercometheseproblems,anewtypeofgeminicationicsurfactant WG ２was synthesizedincombinationofthecharacteristicsofcleanfracturingfluidandfoamfracturingfluid．Onthis basis,acleanfracturingfluidsystem withCO２foamgeminisurfactantwasdevelopedanditscomprehensive performancewasevaluatedinthelaboratory．Theevaluationresultsdemonstratedthatthefracturingfluid system hasstrongfoamstability,goodtemperatureandshearresistance,viscoelasticproperties,sandcarryＧ ingcapacity,gelbreakingperformanceandlowdamagecharacteristics．ThecleanfracturingfluidwithCO２ foamgeminisurfactantwasusedin WellX ３forfieldtests．Thefracturingoperation wentwell,andthe dailyoilproductionafterfracturing wastwiceofthatfromadjacent WellX ４,whichhadbeenfractured withthefracturingfluidsystem ofhydroxypropylguargum．Theresultsoflaboratoryandfieldtests showedthatthisfracturingfluidsystemcould meetthefracturingoperationrequirementsforunconvenＧ tionaloilandgasreservoirsandalsopossessesgoodpopularizationandapplicationprospects． Keywords:geminisurfactant;CO２foamfracturingfluid;cleanfracturingfluid;unconventionalreservoir
泡沫压裂
一种抗高温二氧化碳泡沫压裂液的研究1.泡沫压裂1.1泡沫压裂介绍。
利用特殊装备、特殊的化学添加剂，使用CO2/N2泡沫液作为压裂液进行加砂压裂的水力压裂施工方式称为“泡沫压裂”。
常用的CO2泡沫压裂的压裂液是由液体CO2（-18℃）和凝胶水（压裂液基液）与发泡剂构成的“气-液分散体系”，这种分散体系是热力学不稳定体系.1.2 CO泡沫压裂液的优点。
21.用于低渗油气层改造，CO2溶于水中形成低PH值的碳酸水可以减少粘土膨胀提高渗透率增加近井地带导流能力致使产量提高。
2.减少了水基压裂液用量，因此大大减少了压裂液对储层的污染。
3.具有低滤失性，提高了液体效率，有利于裂缝型油气藏的改造。
4.较高的表观粘度，是理想的前置液和携砂液，造缝能力强，携砂能力强。
5.在储层中汽化后，增加地层能量，提高返排率，有利于保护地层，减少油层污染。
6.CO2可大量溶解在原油中，使原油体积膨胀，粘度下降，增加原油流动性，使原油产量增加。
7. CO 2饱和碳酸水的界面张力为清水的20～30%，使流动阻力大大降低，是较好的助排剂1.3 CO泡沫压裂的发展概况2●70 年代开始使用水+ 起泡剂+N 2组成的比较原始的泡沫压裂液，砂液比只有1-2PPG（1PPG=119.8kg/m 3 ），但解决了低压井的压后液体返排问题●80年代初采用水+起泡剂+聚合物+N2/CO2组成的泡沫压裂液，巨大地提高了泡沫压裂液的粘度及稳定性，砂液比提高到了4-5PPG，高压储层泡沫压裂工艺技术获得成功，使得该技术得到了飞速发展。
80年代末开始采用水+起泡剂+聚合物+交联剂+CO2组成的泡沫压裂液，泡沫的稳定性进一步提高，造缝能力、抗温能力和携砂能力进一步增强，高温下砂液比也可达到4-5PPG，深井高温储层泡沫压裂技术得到发展。
1.4 CO 2 泡沫压裂的工艺技术的特点及用途1.4.1恒内相设计当支撑剂浓度增加时，保持压裂液基液排量稳定，但相应降低液体CO2排量，使其降低值与支撑剂占的空间值相当，内相（气体+支撑剂）和外相（液体）保持平衡，以保证压裂液的泡沫质量、表观粘度恒定。
油井二氧化碳压裂增产技术应用与认识
油井二氧化碳压裂增产技术应用与认识发布时间：2021-12-24T08:11:00.188Z 来源：《科学与技术》2021年27期作者：赵殿武[导读] 本文介绍了二氧化碳压裂增产技术的基本原理及其特点，分析了某油田某油层前期试验井压裂效果，为低产低渗透油田的增产改造技术探索了新途径赵殿武大庆油田天然气分公司油气加工八大队摘要：本文介绍了二氧化碳压裂增产技术的基本原理及其特点，分析了某油田某油层前期试验井压裂效果，为低产低渗透油田的增产改造技术探索了新途径。
关键词：二氧化碳、压裂、增产、应用与认识采油某厂所属油田属低渗透油田，增产的主要措施是压裂改造，随着油田开发时间的延长，选井、选层越来越困难，现有工艺增产效果变差，有些井甚至收不回成本，因此急需研究探索新的工艺措施，为低渗透油层的增产改造提供技术保证。
近年来，新兴的CO2压裂技术在低渗透油层增产过程中见到较好的苗头。
为深入开展试验研究，探索低渗透油层增产改造新技术，2019年开展了二氧化碳压裂增产技术现场试验，初步见到较好效果。
一、二氧化碳压裂技术工艺原理及特点1、二氧化碳的基本性质（1）在-56.6℃和0.531MPa(绝对)的条件下,气态、液态和固态三种形态同时存在，即为CO2的三态点。
（2）在大气压条件下，固态CO2在其温度达到-78.5℃时，便开始升华。
超过30.6℃时CO2为气态，超过这个临界温度增加压力也不能使之转变到液态。
2、二氧化碳压裂增产技术机理二氧化碳压裂液是由液态二氧化碳、原胶液和各种化学添加剂组成的混合液，该混合液向井下注入过程中温度逐渐升高，二氧化碳开始汽化，形成气液两相混合液（即二氧化碳为气相，原胶液为液相），其携砂性能取决于气泡稠密密封结构，在该结构中，各个气泡都影响其它气泡的流动性，从而使泡沫具有粘度，因而具备压裂液的特性。
分析二氧化碳特性及其增产机理，主要表现在以下几方面：（1）CO2泡沫压裂液具有低滤失性，能够抑制水基压裂液对地层粘土产生的膨胀作用，同时水基压裂液用量大幅度减少，能够降低压裂液对地层的污染,减少对地层的损害。
CO2压裂液介绍
主要作用力 - 氢键 - 范德华力 - 电荷吸引力
交联剂
形成VES胶束
10MPa条件下液态CO2 压裂液粘度性能测试
粘度：11.82mPa.s
61℃
粘度：7.79mPa.s
15℃
增粘498倍
增粘91倍
液态CO2粘度 0.086mPa.s
表面活性剂 溶于液态CO2中
双螺旋交联过程
形成VES蠕虫状胶束
液态CO2压裂液体系
653.5
20-27
11.3
2#试验井施工曲线
2#试验井液态CO2干法压裂现场
液态CO2压裂液高压管路试验评价
高压管路内增粘效果明显
CO2凝胶混合体系的有效粘度大约为相同情况下下纯CO2的 60-500倍，当温度高于CO2临界温度时，增粘效果较好。
CO2凝胶混合体系的摩擦压降大于纯CO2的摩擦压降
温度 /℃
0
17.0 61.0 100.0
剪切 速率/s-1
170
170 170 170
2、二氧化碳的物理特性
压裂过程中CO2的三种相态
✓三相点（O）： 压力：0.527MPa； 温度：-56.6℃
✓临界点（C）： 压力：7.38MPa； 温度：31.06 ℃
✓1点：储罐中，液态CO2，2.0MPat -35℃ ✓2点：添加支撑剂后经过高压泵加压到施工 压力（35-40MPa） ✓3点：液体进入地层，温度升高到井底温度 ✓4点：裂缝闭合，温度连续升温、压力下降 到地层压力 ✓5点：在返排过程中，压力下降，CO2以气态 返排到地面
射厚 排量 前置液 携砂液 砂量 平均砂比 二氧化碳 施工压力 停泵压力
m m3/min
m3
m3
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刍议CO2泡沫压裂液的研究与应用
[摘要]本文首先优选出二氧化碳压裂液的配方，然后对其性能进行了评价，结果表明二氧化碳压裂液是可以满足低渗、低压油气藏压裂施工的要求，某油田的低渗油藏中使用了二氧化碳压裂液取得了良好的效果，可供参考。
[关键词]二氧化碳压裂液；研究；应用
中图分类号：tq016 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）09-0315-01
水力压裂作为低渗油藏有效的增产方法在油田的开发中起到的
作用是不可忽视的。
通常在水力压裂中会给地层中注入很多压裂液；这时地层就会受到一定的伤害在很大成上给增油效果造成了影响。
基于此种情况，二氧化碳泡沫压裂液具有很多的优点，在减小压裂液对地层的伤害方面表现的尤为明显，对于低渗低压的油藏来说更加适用。
为了保证二氧化碳泡沫压裂液在油田中应用效果，就需要对其进行深入的研究，不断优化其配方，使其的性能得到优化。
1 优选二氧化碳泡沫压裂液的配方
二氧化碳泡沫压裂液主要由二氧化碳、凝胶压裂液、表面活性剂以及各种添加剂共同组成，这些都会直接决定其性能，因此需要对其的配方进行优选，确保其具有良好的性能。
1.1 优选起泡剂
起泡剂作为二氧化碳泡沫压裂液的主要添加剂之一，其会直接给二氧化碳泡沫压裂液的气泡和稳定性。
表面活性剂具有良好的气泡
性能必须具有容易产生泡沫而且产生的泡沫具有稳定性这两个条件。
通过对三种起泡剂（fl-48、ypf-1以及b-18）的气泡率以及泡沫稳定性进行了研究，研究表明第一种起泡剂的性能是最好的，另外两种性能是差不多的。
1.2 稳泡剂优选
保持泡沫的稳定性才能使得二氧化碳泡沫压裂液的性能在最大
限度上得以发挥，所以需要加入稳泡剂，其可以改善流体的流变性、增加粘度以及增大泡沫之间膜的强度等作用。
优良的稳泡剂需要其水不溶物的含量要的，同时增粘能力要强。
通过对国内外应用较为广泛的几种稳泡剂（瓜尔胶、国外的羟丙基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、改性羧甲基瓜尔胶、羧甲基皂仁）的对比分析，增粘效果最好的是国外的改性瓜尔胶，其残渣也很少，而我国的改性羧甲基瓜尔胶和羧甲基皂仁的综合性能比较差。
综合原料来源以及成本因素考虑，以我国的羟丙基瓜尔胶grj为二氧化碳泡沫压裂液的稳泡剂。
1.3 优选酸性交联剂
交联剂在二氧化碳泡沫压裂液所起到的主要作用就是通过交联
离子实现高分子长链上活性基团的连接，进而形成具有三维网状结构的粘弹性冻胶。
基于交联的酸碱性可以将其分为酸性交联剂和碱性交联剂这两种。
当前国内外多数都是使用碱性交联剂，通常将酸性交联剂作为破胶剂。
二氧化碳泡沫压裂液是将液态的二氧化碳和水基压裂液混合注入到地层中，在受到狄成温度的影响下，液态的二氧化碳气化并由泡沫出现，其压裂体系的酸碱值通常为3-4，因
此普通的碱性交联剂是无法实现高分子溶液之间的交联的。
为了更好地改善泡沫压裂液的流变性能，降低液态二氧化碳的稀释作用，就需要选用酸性交联剂。
我国石油开发研究院研发了ac-8酸性交联剂是液态的可以和水相溶，可以和多种植物胶稠化剂交联，能满足二氧化碳泡沫压裂液的要求。
1.4 优选破乳助排剂
对于低渗油藏储层来说，通过对入井流体对储层岩心的润湿吸附特性进行改善可以促进压裂液的反排并减少对储层的伤害。
通过对国内外几种不同的助排剂（dl-8、dl-10、cf-5a）进行比较，结果表明第一种助排剂的破乳助排性能是最好的，因此可以将其作为首选。
通过上述的分析，最终将二氧化碳泡沫压裂液的配方确定出来了，它们分别由grj改性瓜尔胶、fl-48起泡剂、甲醛杀菌剂、氯化钾粘土稳定剂、dl-8破乳助排剂、ac-8酸性交联剂以及过硫酸铵破胶剂共同组成。
2 二氧化碳泡沫压裂液的性能
2.1 耐温耐剪切性能
通过在不同的环境温度以及剪切速率下对泡沫质量为百分之五的交联泡沫压裂液的耐温耐剪切性能进行了测定，结果表明酸性交联泡沫压裂液的耐温能力可以达到一百一十度。
2.2 虑失特性
通过二氧化碳泡沫压裂液和常规的水基压裂液的虑失特性的对
比，结果表明二氧化碳泡沫压裂液具有更好的虑失特性。
2.3 助排功能
使用全自动的张力仪对二氧化碳泡沫压裂液破胶液的表面以及
界面的张力进行了测定，结果表面和界面的张力分别为23.04mn/m、0.7 mn/m，这是因为二氧化碳泡沫压裂液采用了高效的助排剂因此其表面和截面的张力都比较小。
2.4 破胶性能
在密封的容器中放入二氧化碳压裂液，然后将其放置在九十度的恒温水中，通过毛细管粘度计对加入0.01%过硫酸铵四小时之后的粘度为1.91mpa.s，加入0.06百分之股硫酸铵一个小时以后的粘度为3.89mpa.s。
2.5 残渣和伤害
在将二氧化碳泡沫压裂液破胶液离心烘干之后测得残渣的含量
为3.7mg/l，由于其具有两相流的作用可以有效减少水相的含量，同时高效助排剂可以改善滤液和岩石的湿润性，又叫减少了吸附量进而使得毛细管的阻力讲的，因此二氧化碳泡沫压裂液具有低伤害性。
从以上的分析中可以看出，二氧化碳泡沫压裂液滤失量低、耐温能力强、破胶快、防膨好、返排率高、伤害低等特点，对于多数泡沫压裂施工都具有适用性。
应用
某油田的外围油田属于低渗透油藏，在开采中必须要进行压裂施
工，以前使用水基压裂液获得的效果并不是很理想，但是近些年在相同的地质条件下使用了二氧化碳泡沫压裂液和传统的压裂液相比，获得了较好的增产效果，因此二氧化碳压泡沫压裂液具有良好的使用前景。
结束语
综上所述，二氧化碳压裂液具有很多的优点，对于地渗漏油藏的开发具有适用性，文中通过对其配方及其性能的研究，可为油田开采中使用二氧化碳压裂液提供可靠的依据。
参考文献
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