CN108825194B - 一种二氧化碳无水加砂压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二氧化碳无水加砂压裂方法，包括以下步骤：1）选择二氧化碳无水加砂压裂的气井和储层；2）压裂造缝：油管和油套管环空同时注入二氧化碳，其中，二氧化碳前置液的注入排量大于油管内二氧化碳的注入排量；3）填充压裂缝缝隙：在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂；4）停砂顶替。本发明实现在油管和油套环空同时注入二氧化碳和压力平衡；加入提粘剂，提高了二氧化碳的粘度和携砂性能，实现了二氧化碳无水加砂压裂，具有储层伤害小，裂缝填充支撑剂，裂缝形态及稳定性好的特点。该方法使用添加剂少，既减少了对环境、地层的伤害与污染，又大大降低了压裂液成本；二氧化碳可以吸附置换出岩壁上的天然气，提高天然气的产量。

Description

一种二氧化碳无水加砂压裂方法

技术领域

本发明属于油气田压裂技术领域，具体涉及一种二氧化碳无水加砂压裂方法。

背景技术

压裂是低渗油气藏储层改造、实现效益开发的重要途径，常规压裂采用水基聚合物压裂液体系进行分层压裂改造，压裂液进入储层，特别是低渗储层会造成储层水敏、水锁等储层伤害，使压裂液返排困难，部分压裂液长时间滞留地层，造成储层基质渗透率降低，降低压裂工艺改造效果。

与水基聚合物压裂液相比，二氧化碳无水加砂压裂工艺能够实现“无水压裂”，消除储层水敏和水锁伤害，提高压裂改造效果。液态二氧化碳无残渣，能够保护储层和支撑裂缝（导流能力保留系数大于90%）。实现自主快速返排。可以大幅缩短返排周期。应用CO₂加砂压裂技术，能够大量节约淡水资源，压后返排无废液产出，消除了废液处理和排放，保护了环境。

传统的二氧化碳压裂是二氧化碳泡沫压裂和二氧化碳不加砂压裂，这两种工艺改造效果不佳，裂缝无支撑剂支撑，增产效果不理想。

发明内容

本发明的目的是传统二氧化碳压裂技术改造效果不佳，增产效果不理想的技术问题，提供一种二氧化碳无水加砂压裂方法。

本发明提供提供的技术方案如下：

一种二氧化碳无水加砂压裂方法，包括以下步骤：

步骤1）选择二氧化碳无水加砂压裂的气井和储层：选取砂体厚度10-25米、气层厚度5-15米的气井，孔隙度大于8%，渗透率大于0.8mD，含气饱和度大于53%的储层；

步骤2）压裂造缝：在油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂，同时在油管内注入二氧化碳，实现压裂施工时油管内和油套管环空同时注入，其中，二氧化碳前置液的注入排量大于油管内二氧化碳的注入排量；

步骤3）填充压裂缝缝隙：在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂；

步骤4）停砂顶替：用液态二氧化碳顶替油套环空内的液体，顶替液量大于射孔段至井口的油套管环空容积；

其中，二氧化碳前置液体积占二氧化碳前置液和二氧化碳携砂液体积之和的50-60%，二氧化碳的总用量为300-650 m³。

步骤2）中所述的油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂的过程为：二氧化碳储液罐Ⅰ经过氮气增压系统增压后通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅰ，再增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ，同时，二氧化碳提粘剂罐车内的提粘剂通过二氧化碳提粘剂注入泵车进入高压管线，与二氧化碳压裂泵车组Ⅰ输送的二氧化碳在高压管线内混合，从压裂井口注入到井筒的油套环空。

步骤2）中所述的油管内注入二氧化碳的过程为：二氧化碳储液罐Ⅱ经过氮气增压系统增压后通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅱ，再增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅱ，由二氧化碳压裂泵车组Ⅱ从压裂井口注入到井筒的油管内。

步骤3）中所述的在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂的过程为：二氧化碳储液罐Ⅰ内的二氧化碳通过液氮增压系统后泵入二氧化碳增压泵车Ⅰ，二氧化碳增压泵车Ⅰ输送的液态二氧化碳进入二氧化碳密闭混砂罐和支撑剂混合后形成二氧化碳携砂液，然后通过高压管汇内输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ，使二氧化碳携砂液以3.5-4.0m³/min的施工排量和二氧化碳提粘剂注入泵车输送的100-150L/min排量的提粘剂在高压管线内混合后泵入压裂井口的油管内。

油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂的注入排量分别为3.5-4.0m³/min和100-150L/min，所述油管内二氧化碳的注入排量为0.5-0.8m³/min。

所述二氧化碳携砂液的砂比小于15%，根据泵序按照2%、3%、5%、7%、10%、12%、15%逐渐提高。

对于多层分层压裂时，还包括第一层压裂施工结束后，投钢球打滑套封隔器，并封堵下部已改造层段，进行第二层压裂施工，施工步骤按照步骤2）-步骤4）执行。

所述氮气增压系统包括通过高压管线连接的液氮槽车和液氮增压装置，液氮增压装置通过高压管线并列连通二氧化碳储液罐Ⅰ和二氧化碳储液罐Ⅱ。

本发明的有益效果是：

（1）本压裂方法同时在油管和油套环空注入二氧化碳，使压力平衡；通过加入提粘剂，提高了二氧化碳的粘度和二氧化碳携砂性能，实现了二氧化碳无水加砂压裂，具有储层伤害小，裂缝填充支撑剂，裂缝形态及稳定性好的特点。

（2）由于二氧化碳是一种非极性分子，因此不仅与地层配伍性好，还可与原油混相，大大降低原油的流动阻力；而且二氧化碳溶于水生成弱酸性碳酸，能抑制黏土膨胀；二氧化碳在地层气化膨胀将大大增加地层能量，同时易于返排；二氧化碳善于压出复杂的细小裂缝，易于形成复杂缝网。

（3）本压裂方法使用添加剂少，既减少了对环境、地层的伤害与污染，又大大降低了压裂液成本；二氧化碳可以吸附置换出岩壁上的天然气，提高天然气的产量。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明压裂造缝过程注入压裂液的流程示意图；

图2是本发明填充压裂缝缝隙过程注入压裂液的流程示意图；

图3是机械封隔器两封油管注入二氧化碳无水加砂压裂施工曲线图；

图4是单层油、套管环空注入二氧化碳无水加砂压裂施工曲线图。

图中：1、液氮槽车；2、液氮增压装置；3、二氧化碳储液罐Ⅰ；4、二氧化碳增压泵车Ⅰ；5、二氧化碳密闭混砂罐；6、二氧化碳压裂泵车组Ⅰ；7、压裂井口；8、二氧化碳提粘剂注入泵车；9、二氧化碳提粘剂罐车；10、二氧化碳储液罐Ⅱ；11、二氧化碳增压泵车Ⅱ；12、二氧化碳压裂泵车组Ⅱ；13、平衡压裂泵车。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种二氧化碳无水加砂压裂方法，包括以下步骤：

步骤1）选择二氧化碳无水加砂压裂的气井和储层：选取砂体厚度10-25米、气层厚度5-15米的气井，孔隙度大于8%，渗透率大于0.8mD，含气饱和度大于53%的储层；

步骤2）压裂造缝：在油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂，同时在油管内注入二氧化碳，实现压裂施工时油管内和油套管环空同时注入，其中，二氧化碳前置液的注入排量大于油管内二氧化碳的注入排量；

步骤3）填充压裂缝缝隙：在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂；

步骤4）停砂顶替：用液态二氧化碳顶替油套环空内的液体，顶替液量大于射孔段至井口的油套管环空容积；

其中，二氧化碳前置液体积占二氧化碳前置液和二氧化碳携砂液体积之和的50-60%，二氧化碳的总用量为300-650 m³。

本压裂方法同时在油管和油套环空注入二氧化碳，使压力平衡；通过加入提粘剂，提高了二氧化碳的粘度和二氧化碳携砂性能，实现了二氧化碳无水加砂压裂，具有储层伤害小，裂缝填充支撑剂，裂缝形态及稳定性好的特点。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种二氧化碳无水加砂压裂方法，步骤2）中所述的油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂的过程为：二氧化碳储液罐Ⅰ3经过氮气增压系统增压后通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅰ4，再增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6，同时，二氧化碳提粘剂罐车9内的提粘剂通过二氧化碳提粘剂注入泵车8进入高压管线，与二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6输送的二氧化碳在高压管线内混合，从压裂井口7注入到井筒的油套环空。

步骤2）中所述的油管内注入二氧化碳的过程为：二氧化碳储液罐Ⅱ10经过氮气增压系统增压后通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅱ11，再增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅱ12，由二氧化碳压裂泵车组Ⅱ12从压裂井口7注入到井筒的油管内。

其中，油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂的注入排量分别为3.5-4.0m³/min和100-150L/min，所述油管内二氧化碳的注入排量为0.5-0.8m³/min。

在本实施例中，所述氮气增压系统包括通过高压管线连接的液氮槽车1和液氮增压装置2，液氮增压装置2通过高压管线并列连通二氧化碳储液罐Ⅰ3和二氧化碳储液罐Ⅱ10。

如图1所示，液氮槽车11通过高压软管连接到液氮增压装置2，液氮增压装置2通过高压管线连接到二氧化碳储液罐Ⅰ3，给二氧化碳储液罐增压；二氧化碳储液罐Ⅰ3通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅰ4，通过增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6。二氧化碳提粘剂罐车9通过低压软管连接到二氧化碳提粘剂注入泵车8，二氧化碳提粘剂注入泵车8将二氧化碳提粘剂罐车9输送来的提粘剂通过高压管线与二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6输送的二氧化碳压裂液在高压管线内混合，由二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6从压裂井口7注入到井筒的油套环空。

油管内注入二氧化碳的流程为：液氮槽车1通过高压软管连接到液氮增压装置2，液氮增压装置2通过高压管线连接到二氧化碳储液罐Ⅱ10，二氧化碳储液罐Ⅱ10通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅱ11，二氧化碳增压泵车Ⅱ11通过高压管线连接到二氧化碳压裂泵车组Ⅱ12，通过二氧化碳增压泵车Ⅱ11将液态二氧化碳增压后输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅱ12，由二氧化碳压裂泵车组Ⅱ12从压裂井口7注入到井筒的油管内，实现压裂施工时油管内和油套管环空同时注入。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种二氧化碳无水加砂压裂方法，步骤3）中所述的在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂的过程为：二氧化碳储液罐Ⅰ3内的二氧化碳通过液氮增压系统后泵入二氧化碳增压泵车Ⅰ4，二氧化碳增压泵车Ⅰ4输送的液态二氧化碳进入二氧化碳密闭混砂罐5和支撑剂混合后形成二氧化碳携砂液，然后通过高压管汇内输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6，使二氧化碳携砂液以3.5-4.0m³/min的施工排量和二氧化碳提粘剂注入泵车8输送的100-150L/min排量的提粘剂在高压管线内混合后泵入压裂井口7的油管内。

3¹/₂油管注入压裂采用Y211封隔器实施分层压裂，注入排量设计为3.5-4.0m³/min；2³/₈光油管环空注入压裂设计排量为3.5-4.0m³/min，油管注入排量为0.5-0.8 m³/min；设计加砂量12-16 m³；设计平均砂比6%-8%，施工最高砂比15%；前置液比例50-60%。

如图2所示，平衡压裂泵车13通过高压管线连接在压裂井口7大四通套放口，对井筒环空进行打压，实现油管内和油、套管环空的压力平衡。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种二氧化碳无水加砂压裂方法，包括以下步骤：

步骤1）选择二氧化碳无水加砂压裂的气井和储层：选取砂体厚度10-25米、气层厚度5-15米的气井，孔隙度大于8%，渗透率大于0.8mD，含气饱和度大于53%的储层；

压裂施工前，检查管线无漏点后，采用液态二氧化碳对管线进行冷却并试压合格，平衡压裂泵车13通过高压管线连接在压裂井口7大四通套放口，开启平衡压裂泵车13，对井筒环空进行打压，使油管内和油套环空的压力平衡；

步骤二，注入二氧化碳前置液进行压裂造缝；

液态二氧化碳和支撑剂在二氧化碳密闭混砂罐5混合后输送至二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6，二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6将混合后的液态二氧化碳和支撑剂以施工排量3.5-4.0m³/min、经二氧化碳提粘剂注入泵车8输送的提粘剂以100-150L/min的排量在高压混合管线内混合后泵入泵入压裂井口7的油管内，二氧化碳前置液比例为50-60%，压裂井口7油套管环空平衡压力小于25MPa，并使压裂井口7施工油压保持在65MPa以内；

二氧化碳储液罐Ⅰ3内的二氧化碳通过液氮泵车泵入二氧化碳增压泵车Ⅰ4，二氧化碳增压泵车Ⅰ4对二氧化碳增压后泵送至二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6，二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6将液态二氧化碳以施工排量3.5-4.0m³/min、经二氧化碳提粘剂注入泵车8输送的提粘剂以100-150L/min的排量在高压管线内混合后泵入压裂井口7的油管内，二氧化碳前置液比例为50-60%；

步骤三，注入二氧化碳携带压裂支撑剂充填压裂裂缝；

油管注入施工排量与步骤二注入前置液阶段一致，压裂井口7油套管环空平衡压力小于25MPa，并使压裂井口7施工油压保持在65MPa以内，二氧化碳提粘剂注入排量为150-200L/min，二氧化碳携带压裂支撑剂施工砂比按照2%、3%、5%、7%、10%、12%、15%逐渐提高；

二氧化碳储液罐Ⅰ3内的二氧化碳通过液氮泵车泵入二氧化碳增压泵车Ⅰ4，二氧化碳增压泵车Ⅰ4对二氧化碳增压后泵入装有支撑剂的二氧化碳密闭混砂罐5，液态二氧化碳和支撑剂在二氧化碳密闭混砂混合后输送至二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6，二氧化碳压裂泵车组Ⅰ6将混合后的液态二氧化碳和支撑剂以施工排量3.5-4.0m³/min、经二氧化碳提粘剂注入泵车88输送的提粘剂以100-150L/min的排量在高压管线内混合后泵入压裂井口77的油管内；二氧化碳携带压裂支撑剂施工砂比按照2%、3%、5%、7%、10%、12%、15%逐渐提高；

步骤四，停砂顶替

当压裂支撑剂加完，或剩余二氧化碳只满足顶替施工用量，不满足继续加砂条件时，停止加砂，采用二氧化碳进行顶替，顶替液量大于射孔段至井口的油管内容积；

步骤五，多层分层压裂时，第一层压裂施工结束后，投钢球打滑套，并封堵下部已改造层段，进行第二层压裂施工，施工步骤按照上面步骤二、三、四执行。

按照以上压裂方法，在苏C井实施了单封油管注入二氧化碳无水加砂压裂，该井是一口气田开发井，典型的低渗致密砂岩气藏多薄层气井，该井采用Y211封隔器单封改造盒₈，入地二氧化碳325m³，合计加砂8.5m³，试气无阻流量5.8×10⁴m³/d，是地质条件较好邻井产量的2.4倍，取得了较好的增产效果。

如图3所示，为苏A井机械封隔器两封油管注入二氧化碳无水加砂压裂施工曲线图。该井采用Y211机械封隔器分压两层，入地二氧化碳461m³，合计加砂13.8m³，试气无阻流量7.29×10⁴m³/d，是地质条件相近邻井产量的2.1倍，取得了较好的增产效果。

如图4所示，为苏B井单层油、套管环空注入二氧化碳无水加砂压裂压裂施工曲线图。该井采用油、套管环空注入改造单层，合计入地二氧化碳457m³，合计加砂10.0m³，实现了二氧化碳无水加砂压裂，取得了较好的改造效果。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (6)

1.一种二氧化碳无水加砂压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）选择二氧化碳无水加砂压裂的气井和储层：选取砂体厚度10-25米、气层厚度5-15米的气井，孔隙度大于8%，渗透率大于0.8mD，含气饱和度大于53%的储层；

步骤2）压裂造缝：在油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂，同时在油管内注入液体二氧化碳，实现压裂施工时油管内和油套管环空同时注入，其中，二氧化碳前置液的注入排量大于油管内液体二氧化碳的注入排量；

油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂的过程为：二氧化碳储液罐Ⅰ（3）经过氮气增压系统增压后通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅰ（4），再增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ（6），同时，二氧化碳提粘剂罐车（9）内的提粘剂通过二氧化碳提粘剂注入泵车（8）进入高压管线，与二氧化碳压裂泵车组Ⅰ（6）输送的二氧化碳在高压管线内混合，从压裂井口（7）注入到井筒的油套环空；

油管内注入二氧化碳的过程为：二氧化碳储液罐Ⅱ（10）经过氮气增压系统增压后通过高压软管连接到二氧化碳增压泵车Ⅱ（11），再增压后将液态二氧化碳输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅱ（12），由二氧化碳压裂泵车组Ⅱ（12）从压裂井口（7）注入到井筒的油管内；

步骤3）填充压裂缝缝隙：在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂；

步骤4）停砂顶替：用液态二氧化碳顶替油套环空内的液体，顶替液量大于射孔段至井口的油套管环空容积；

其中，二氧化碳前置液体积占二氧化碳前置液和二氧化碳携砂液体积之和的50-60%，二氧化碳的总用量为300-650 m³。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水加砂压裂方法，其特征在于步骤3）中所述的在油套环空内注入二氧化碳携砂液和提粘剂的过程为：二氧化碳储液罐Ⅰ（3）内的二氧化碳通过液氮增压系统后泵入二氧化碳增压泵车Ⅰ（4），二氧化碳增压泵车Ⅰ（4）输送的液态二氧化碳进入二氧化碳密闭混砂罐（5）和支撑剂混合后形成二氧化碳携砂液，然后通过高压管汇内输送到二氧化碳压裂泵车组Ⅰ（6），使二氧化碳携砂液以3.5-4.0m³/min的施工排量和二氧化碳提粘剂注入泵车（8）输送的100-150L/min排量的提粘剂在高压管线内混合后泵入压裂井口（7）的油管内。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水加砂压裂方法，其特征在于：油套环空注入二氧化碳前置液和提粘剂的注入排量分别为3.5-4.0m³/min和100-150L/min，所述油管内二氧化碳的注入排量为0.5-0.8m³/min。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水加砂压裂方法，其特征在于：所述二氧化碳携砂液的砂比小于15%，根据泵序按照2%、3%、5%、7%、10%、12%、15%逐渐提高。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水加砂压裂方法，其特征在于：对于多层分层压裂时，还包括第一层压裂施工结束后，投钢球打滑套封隔器，并封堵下部已改造层段，进行第二层压裂施工，施工步骤按照步骤2）-步骤4）执行。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳无水加砂压裂方法，其特征在于：所述氮气增压系统包括通过高压管线连接的液氮槽车（1）和液氮增压装置（2），液氮增压装置（2）通过高压管线并列连通二氧化碳储液罐Ⅰ（3）和二氧化碳储液罐Ⅱ（10）。

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