CN104033143B

CN104033143B - 一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法

Info

Publication number: CN104033143B
Application number: CN201410284577.XA
Authority: CN
Inventors: 李松岩; 李兆敏; 吕其超; 李宾飞; 王鹏; 俞冉
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-06-23
Also published as: CN104033143A

Abstract

本发明涉及一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，该方法包括步骤如下：(1)摆放并连接施工车辆及压裂设备：依次连通压裂液基液罐车、供液泵车、混砂车、压裂泵车、泡沫发生装置和井口，所述液氮车接入泡沫发生装置；(2)试压；(3)形成泡沫压裂前置液；(4)形成泡沫携砂压裂液；(5)在井口压力下，泡沫压裂前置液和泡沫携砂压裂液的排量均为：1～10m³/min，所述泡沫压裂前置液或泡沫携砂压裂液中泡沫质量为50％～80％。本发明形成的泡沫压裂液前置液及泡沫压裂液携砂液可以有效降低地层中的压裂液的滤失量，提高压裂效能，减小地层伤害，有利于提高油气井压裂的效果。

Description

一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法

技术领域

本发明涉及一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，属于油气井开采的技术领域。

背景技术

目前国内常用的以天然植物胶、纤维素、合成聚合物等作为稠化剂的水基压裂工艺存在破胶不完全、残渣含量高等缺点，导致裂缝及支撑剂填充层被堵塞污染，渗透能力下降，不利于压裂增产。泡沫压裂液具有携砂能力强、滤失量低、无残渣伤害、返排量高等优势，适用于低渗透油气藏的压裂增产。

泡沫压裂液地面形成工艺决定着泡沫压裂液的质量，直接影响着压裂液的各项性能参数。目前国内，在泡沫压裂液的地面形成过程中通常采用氮气和携砂压裂液基液直接通入高压三通混合，依靠流体紊流状态时支撑剂的搅拌形成泡沫压裂液。这种工艺的主要优点是工艺简单，但缺点是所形成的泡沫压裂液气泡粒径粗大、均匀度低，尤其在形成不含支撑剂的泡沫前置液阶段，很容易形成气液段塞，成为气体伴注的状态，无法充分发挥出泡沫压裂液滤失量低、造缝能力强的特点，同时在后续返排阶段，也容易发成气窜现象，无法将地层残留的压裂液基液充分返排出来。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，该方法克服现有的泡沫压裂液地面形成工艺无法安全、高效地产生均匀稳定泡沫的不足。

本发明的技术方案如下：

一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，该方法的实施过程应用到压裂工艺所需配备地面设备：液氮车、压裂液基液罐车、供液泵车、混砂车、压裂泵车、泡沫发生装置；

该方法包括步骤如下：

(1)摆放并连接施工车辆及压裂设备：依次连通压裂液基液罐车、供液泵车、混砂车、压裂泵车、泡沫发生装置和井口，所述液氮车接入泡沫发生装置；

(2)试压：关闭井口阀门，采用油气井压裂设计的最高压力值对步骤(1)中所述施工车辆及压裂设备进行憋压，保持10～20min，所述施工车辆及压裂设备不刺不漏即为试压合格；

(3)形成泡沫压裂前置液：所述压裂液基液罐车中的压裂液基液通过供液泵车、混砂车之后，然后通过压裂泵车加压进入泡沫发生装置，其中，不通过混砂车向压裂液基液加入支撑剂颗粒，之后与液氮车产生的高压氮气共同注入泡沫发生装置中混合形成无支撑剂颗粒的泡沫压裂液前置液；

(4)形成泡沫携砂压裂液：所述压裂液基液罐车中的压裂液基液通过供液泵车、混砂车之后，然后通过压裂泵车加压进入泡沫发生装置，其中，通过混砂车向压裂液基液加入支撑剂颗粒，之后与液氮车产生的高压氮气共同注入泡沫发生装置中混合形成泡沫携砂压裂液；

(5)在井口压力下，泡沫压裂前置液和泡沫携砂压裂液的排量均为：1～10m³/min，所述泡沫压裂前置液或泡沫携砂压裂液中泡沫质量为50％～80％，所述泡沫压裂前置液的泡沫质量是指泡沫压裂前置液中气体占泡沫压裂前置液总体积的比值，所述泡沫携砂压裂液的泡沫质量是指泡沫携砂压裂液中气体占泡沫携砂压裂液总体积的比值。

在所述步骤(3)、(4)中，压裂液基液按照现有技术，由清水、起泡剂、稳泡剂及其他添加剂组成，起泡剂、稳泡剂及各类添加剂需结合具体地层，通过室内实验确定配方比例。

根据本发明优选的，所述泡沫发生装置包括分别与起泡液注入管和配气管相连的混合管，在所述混合管后依次连接有震荡管和泡沫压裂液排出管；其中，所述的震荡管内壁轴向设置有多个同心环形凸起部。所述泡沫发生装置耐压≤100MPa，抗冲击、抗磨损能力强。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.15～1.2mm。所述支撑剂颗粒的加入量的根据压裂设计砂比通过混砂车实时进行调控。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.15～0.3mm。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.4～0.8mm。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.8～1.2mm。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中的压裂液基液与带有支撑剂的携砂液泵注排量范围均为0.5～5m³/min，液氮车产生的氮气排量为50～7000Nm³/min。

本发明的优势在于：

本发明可以使形成的泡沫液达到设计最优的泡沫质量，可以在较大压力范围内(0～100MPa)工作，并安全、高效的产生均匀稳定的泡沫压裂液，该工艺形成的泡沫压裂液前置液及泡沫压裂液携砂液可以有效降低地层中的压裂液的滤失量，提高压裂效能，减小地层伤害，有利于提高油气井压裂的效果。

本发明的有益效果是，设计了泡沫前置液和和携砂液的形成方法，在井口压力不断变化的情况下，可以通过调节氮气排量实时控制压裂液的泡沫的气液比例，使形成的泡沫达到设计最优的泡沫质量50％～80％，本发明中加入了泡沫发生装置，耐压能力强，可以在较大压力范围内(0～100MPa)工作，同时其耐磨损能力强，可以使气、液或气、液、固三相在其内部充分混合，进而安全、高效的产生致密均匀的泡沫压裂液，该工艺形成的泡沫压裂液前置液及泡沫压裂液携砂液可以有效降低地层中的压裂液的滤失量，提高压裂效能，减小地层伤害。

附图说明

图1是油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法施工井场布置示意图；

图2是泡沫发生装置的结构示意图；

在图2中，1.起泡液注入管，2.配气管，3.混合管，4.震荡管，5.泡沫压裂液排出管，6.环形凸起部。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例来详细描述本发明，但不限于此。

以现场某煤层气直井为例，其地层深度710～715m，层厚5m，煤层温度30℃,渗透率≤0.01×10^-3μm²，该井是新钻直井，基本无产能，需要压裂形成高效导流通道，煤层吸附性强，易污染，采用清洁的泡沫的压裂液进行压裂，泡沫地面形成工艺如下：

压裂液配方为：清水、质量分数浓度为1.0％阴离子起泡剂、质量分数浓度为2.0％KCl防膨剂、粒径为0.4～0.8mm石英砂支撑剂和氮气。

实施例1、

该方法包括步骤如下：

(5)在井口压力下，泡沫压裂前置液和泡沫携砂压裂液的排量均为：1～10m³/min，所述泡沫压裂前置液或泡沫携砂压裂液中泡沫质量为50％～80％。

所述泡沫发生装置包括分别与起泡液注入管1和配气管2相连的混合管3，在所述混合管3后依次连接有震荡管4和泡沫压裂液排出管5；其中，所述的震荡管4内壁轴向设置有多个同心环形凸起部6。所述泡沫发生装置耐压≤100MPa，抗冲击、抗磨损能力强。

实施例2、

如实施例1所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其区别在于，所述步骤(4)中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.15～0.3mm。

实施例3、

如实施例1所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其区别在于，所述步骤(4)中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.8～1.2mm。

实施例4、

如实施例1所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其区别在于，所述步骤(4)中的压裂液基液与带有支撑剂的携砂液泵注排量范围均为0.5～5m³/min，液氮车产生的氮气排量为50～7000Nm³/min。

如实施例1-4所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，试压合格后，产生不同类型及流速泡沫段塞注入地层，泵注程序如下表1所示：

表1泵注程序表

表2为井口压力与液氮车组氮气排量对照表：

表2.井口压力与液氮车组氮气排量对照表

如表1、2所示。形成泡沫压裂液前置液：将不加支撑剂的压裂液基液通过高压泵车加压后，注入泡沫发生装置，待排量稳定30s后，开始从液氮车中产生氮气并注入泡沫发生装置中与压裂液基液混合形成无支撑剂颗粒的泡沫压裂液前置液。施工过程中前置液的段塞为不同排量的不含支撑剂颗粒的泡沫压裂液前置液，目的是通过泡沫液压开地层，与常规压裂中的单相溶液作为前置液相比该工艺形成的泡沫液具有明显的降低前置液的滤失作用，提高了压裂液的压裂效能，减轻了压裂液对地层的伤害。

形成泡沫携砂液：将压裂液基液经供液泵车注入混砂车中，依据设计砂比，调节混砂车中支撑剂的加入量，形成含有不同比例支撑剂的携砂液，携砂液通过高压泵车加压后，注入泡沫发生装置，待携砂液排量稳定30s后，液氮车产生高压氮气注入泡沫发生装置中，携砂液与氮气在泡沫发生装置中混合形成携带一定比例支撑剂颗粒的泡沫压裂液段塞，目的是采用泡沫不断地将支撑剂带入压开的裂缝深处，实现裂缝的深度支撑，进而形成高效导流通道。采用该工艺形成的泡沫携砂液相对常规携砂液具有滤失量低、携砂能力强、储层伤害小的特点。

该煤层地层深度较浅，地层压力较低，且煤层割理发育，易被外来液体污染，适合采用低密度的泡沫压裂液以降低液相带来的污染，所以应适当调高泡沫压裂液中气体的比例，以降低泡沫压裂液的密度。因此，在形成泡沫压裂液前置液和泡沫携砂液的过程中最优泡沫质量选择60％～70％，由于氮气具有压缩性，为了维持最优泡沫质量下的气液比，施工过程中需要根据施工压力变化及时调整氮气排量，具体调控依据表2，例如：压裂液基液或携砂压裂液基液排量为3m³/min时，当井口压力为15MPa时，氮气排量控制为675～1050Nm³/min，即可将泡沫质量控制在60％～70％之内，压裂过程中井口压力的不断升高，当井口压力上升为24MPa时，为保持泡沫质量为60％～70％，需调高将氮气排量升高到1080～1680Nm³/min。

Claims

1.一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，该方法的实施过程应用到压裂工艺所需配备地面设备：液氮车、压裂液基液罐车、供液泵车、混砂车、压裂泵车、泡沫发生装置；

该方法包括步骤如下：

（1）摆放并连接施工车辆及压裂设备：依次导通压裂液基液罐车、供液泵车、混砂车、压裂泵车、泡沫发生装置和井口，所述液氮车接入泡沫发生装置；

（2）试压：关闭井口阀门，采用油气井压裂设计的最高压力值对步骤（1）中所述施工车辆及压裂设备进行憋压，保持10~20min，所述施工车辆及压裂设备不刺不漏即为试压合格；

（3）形成泡沫压裂前置液：所述压裂液基液罐车中的压裂液基液通过供液泵车、混砂车之后，然后通过压裂泵车加压进入泡沫发生装置，其中，不通过混砂车向压裂液基液加入支撑剂颗粒，之后与液氮车产生的高压氮气共同注入泡沫发生装置中混合形成无支撑剂颗粒的泡沫压裂液前置液；

（4）形成泡沫携砂压裂液：所述压裂液基液罐车中的压裂液基液通过供液泵车、混砂车之后，然后通过压裂泵车加压进入泡沫发生装置，其中，通过混砂车向压裂液基液加入支撑剂颗粒，之后与液氮车产生的高压氮气共同注入泡沫发生装置中混合形成泡沫携砂压裂液；

（5）在井口压力下，泡沫压裂前置液和泡沫携砂压裂液的排量均为：1~10 m³/min，所述泡沫压裂前置液或泡沫携砂压裂液中泡沫质量为50%~70%，所述泡沫压裂前置液的泡沫质量是指泡沫压裂前置液中气体占泡沫压裂前置液总体积的比值，所述泡沫携砂压裂液的泡沫质量是指泡沫携砂压裂液中气体占泡沫携砂压裂液总体积的比值；

所述泡沫发生装置包括分别与起泡液注入管和配气管相连的混合管，在所述混合管后依次连接有震荡管和泡沫压裂液排出管；其中，所述的震荡管内壁轴向设置有多个同心环形凸起部。

2.根据权利要求1所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.15~1.2mm。

3.根据权利要求2所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.15~0.3mm。

4.根据权利要求2所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.4~0.8mm。

5.根据权利要求1所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其特征在于，所述步骤（4）中所述支撑剂颗粒为陶粒或石英砂，其粒径为0.8~1.2mm。

6.根据权利要求1所述的一种油气井压裂用氮气泡沫地面形成方法，其特征在于，所述步骤（4）中的压裂液基液与带有支撑剂颗粒的携砂液泵注排量范围均为0.5~5m³/min，液氮车产生的氮气排量为50~7000Nm³/min。