CN110331972A - 低压致密气藏液态co2及co2泡沫体系混合压裂工艺 - Google Patents

低压致密气藏液态co2及co2泡沫体系混合压裂工艺 Download PDF

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CN110331972A CN201910561904.4A CN201910561904A CN110331972A CN 110331972 A CN110331972 A CN 110331972A CN 201910561904 A CN201910561904 A CN 201910561904A CN 110331972 A CN110331972 A CN 110331972A
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牛增前
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刘金松
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王怀靖
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/164—Injecting CO2 or carbonated water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping

Abstract

本发明涉及低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，包括如下步骤：前置液阶段：将纯液态CO2与携带少量支撑剂的纯液态CO2交替注入井筒起裂地层造缝，进入地层后纯液态CO2在温度和压力作用下达到超临界态；携砂液阶段：将携带支撑剂的交联低浓度低残渣增稠剂溶液与液态CO2经过三通混合注入井筒，利用气液两相条件下的高粘特性进行加砂压裂；顶替液阶段：加砂结束后，用基液将井筒内泡沫压裂液顶替进地层；施工结束后，关井压降2h，待压力趋于平稳后开始放喷排液。本发明利用超临界CO2极强的流动性和穿透力造复杂缝，然后利用CO2泡沫压裂液气液两相条件下的高粘特性携砂压裂，既保证施工规模，又减小入地液量。

Description

低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺
技术领域
本发明属于油田开采技术领域，尤其涉及低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺。
背景技术
水力压裂技术能够有效提高低渗透率低孔隙度油气储层的产量。压裂施工后影响改造效果的重要因素之一就是水基压裂液中的增稠剂植物胶无法完全排出地层，造成了储层污染。针对这一问题，采用液态CO2作为前置液造缝、添加CO2增黏剂作为携砂液或者液态CO2与胍胶压裂液混合起泡后作为携砂液的压裂方式逐渐应用于现场。液态CO2进入地层后，转变为超临界态，相对于液态水，造缝能力和破岩效率更好。存在的主要问题是液态CO2黏度低，无法提高砂比，限制了施工规模，且液态CO2增黏剂价格昂贵、增黏后液体黏度为10几个mPa·s，无法与植物胶增稠剂相比；泡沫压裂施工时，如果携砂液采用植物胶作为增稠剂，从而无法避免地层污染问题，影响了液态CO2压裂的效果。
针对纯液态CO2压裂存在的成本高昂、施工改造规模小等问题，同时为了充分利用液态CO2的造缝能力并最大程度地减小地层污染程度，本发明提出了前置液阶段用纯液态CO2进行造缝，携砂液阶段采用低浓度低残渣压裂液携砂，并与液态CO2在地面三通混合形成泡沫压裂液，提高携砂能力，满足地层改造规模需要。
因此，基于这些问题，提供一种利用超临界CO2极强的流动性和穿透能力造复杂缝，然后利用CO2泡沫压裂液气液两相条件下的高粘特性携砂压裂，既保证了施工规模，又减小了入地液量的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用超临界CO2极强的流动性和穿透能力造复杂缝，然后利用CO2泡沫压裂液气液两相条件下的高粘特性携砂压裂，既保证了施工规模，又减小了入地液量的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，包括如下步骤：
前置液阶段：将纯液态CO2与携带少量支撑剂的纯液态CO2交替注入井筒起裂地层造缝，进入地层后纯液态CO2在温度和压力作用下达到超临界态；
携砂液阶段：将携带支撑剂的交联低浓度低残渣增稠剂溶液与液态CO2经过三通混合注入井筒，由于井筒温度的变化形成泡沫压裂液，利用气液两相条件下的高粘特性进行加砂压裂；
顶替液阶段：加砂结束后，用基液将井筒内泡沫压裂液顶替进地层；
压裂施工结束后，关井压降2h，待压力趋于平稳后开始放喷排液，至井口无压力前不得随意关井。
进一步的，所述基液包括0.25％低残渣稠化剂、0.5％起泡剂、0.2％pH值调节剂及水，且以上百分含量为以水为基准的质量百分含量；低残渣稠化剂由N,N-二甲基丙烯酰胺、末端羧酸化脂肪族聚乳酸及十六烷基三甲基季铵盐按质量比8:5:1，以偶氮二异丁氰二甲酯作为引发剂，在反应温度65℃、反应3h条件下得到；pH值调节剂为柠檬酸钠；所述起泡剂为十二烷基苯磺酸钠；所述交联低浓度低残渣增稠剂溶液由基液与0.025％交联剂混合得到，且交联剂百分含量为以基液为基准的质量百分含量；其中，交联剂合成方法为：将水、三乙醇胺、邻苯二甲酸、氯化铁和氯化铝按照质量比70:5:5:3:2混合均匀，加热混合物温度升至65℃，再加入15重量份的硝酸氧锆，反应6-7h，最后将反应所得产物冷却至室温。
进一步的，所述前置液阶段之前还包括通洗井、试压阶段：反洗井至进出口水质一致，全井筒套管试压25MPa，30min压降小于0.5MPa为合格，并安装井口防喷器，试压35MPa，稳定10min无漏为合格，并备好油管防喷闸门。
进一步的，所述混合压裂工艺适用于KQ65-70压裂井口。
进一步的，所述前置液阶段施工限压20MPa，施工过程中在确保不超压的条件下尽量提高液态CO2的注入排量。
进一步的，所述携砂液阶段CO2注入量随支撑剂比例的增大而降低，携砂液阶段施工限压55MPa。
进一步的，压裂完毕后放喷排液制度如下：用油嘴控制放喷，排量控制在200-300L/min；当井口压力低于15MPa时，采用8mm油嘴排液；当井口压力低于10MPa时，采用10mm油嘴排液；当井口压力低于1MPa时，畅开排液。
进一步的，所述携砂液阶段泡沫压裂液pH值为5.5-6.5。
进一步的，所述支撑剂选用40-70目、30-50目粒径的高强度陶粒颗粒中的至少一种。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明提出了前置液阶段用纯液态CO2进行造缝，利用超临界CO2极强的流动性和穿透能力造复杂缝，并且，加入支撑剂的作用是打磨裂缝壁面降低施工泵压；携砂液阶段采用低浓度低残渣压裂液携砂，并与液态CO2在地面三通混合形成泡沫压裂液，利用CO2泡沫压裂液气液两相条件下的高粘特性携砂压裂，既保证了施工规模，又减小了入地液量，同时由于气液两相的高黏度降低了液体的滤失，保护了储层；该方法适用于低压低渗透率气藏储层类型；
2、本发明的工艺，只需在现有设备上进行部分改动，即可满足施工要求，降低施工成本与施工风险。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实施例1提供的施工曲线；
图2为本发明实施例2提供的施工曲线；
其中，图中：1-油管压力；2-套管压力；3-支撑剂浓度；
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面就结合图1至图2来具体说明本发明。
实施例一
苏1-X井射孔井段3420.0-3426.0m，目的层位平均孔隙度7.8％，平均渗透率0.386×10-3μm2，含气饱和度47.1％，静态评价解释为Ⅱ类井。
1.施工前准备
压裂施工进行之前，在现场配备CO2罐车、CO2增压泵车、压裂泵车、混砂车、耐低温供液管汇、仪表车，摆好车辆，将CO2罐车、CO2增压泵车、压裂泵车依次连通，所有车辆通过地面高、低压管线连接好，套管接传感器监测压力，并且地面管线循环，分别试压50MPa和0.5MPa，保持5min，不刺不漏为合格；为满足CO2压裂的要求，液态CO2罐车装备防冻液循环水泵及储罐，更换CO2增压泵耐低温密封件、为压裂泵车泵注系统上水室安装耐低温阀门、盘根和凡尔胶皮，低压供液管汇采用耐低温材料，以上装备改造可由设备制造公司提供；此外，为保证CO2压裂施工安全，在地面配备鼓风机、有氧呼吸器、风向标、及CO2监测仪等。在施工之前需要对CO2流程管线进行循环冷却，地面流程管线包括两部分，泵注液态CO2部分：CO2罐车与增压泵车相连，增压泵车与CO2压裂泵车相连；泵注常规压裂液部分：交联低浓度低残渣增稠剂溶液储罐与混砂车相连，经高压管汇与压裂泵车相连；CO2压裂泵车与压裂泵车出口处在地面三通汇合后通到井口；需要说明的是，CO2增压泵车可使得液态CO2在泵注入井筒时快速通过管路进入井筒，避免在地面部分冷凝。
通洗井、试压阶段：反洗井至进出口水质一致，全井筒套管试压25MPa，30min压降小于0.5MPa为合格，并安装井口防喷器，试压35MPa，稳定10min无漏为合格，并备好油管防喷闸门。
2.施工阶段
前置液阶段：以5-12m3/min的排量交替注入150-240m3纯液态CO2及携带少量支撑剂的纯液态CO2破裂地层，形成裂缝，施工过程中在确保不超压的条件下尽量提高液态CO2的注入排量。采用支撑剂段塞技术打磨裂缝，降低弯曲摩阻，支撑剂选用40-70目陶粒，砂浓度101kg/m3；液态CO2进入地层后达到超临界态；
携砂液阶段：将携带支撑剂的交联低浓度低残渣增稠剂溶液与液态CO2经过三通混合注入井筒，由于井筒温度的变化形成泡沫压裂液，利用气液两相条件下的高粘特性进行加砂压裂。支撑剂浓度阶梯式增加，同时逐渐减小CO2排量来保证加砂规模。所述携砂液阶段CO2注入量随支撑剂比例的增大而降低，携砂液阶段施工限压55MPa。支撑剂浓度按照229kg/m3、317kg/m3、387kg/m3、440kg/m3、475kg/m3、528kg/m3的顺序提高，油管排量3.0-4.0m3/min；每个支撑剂浓度变化阶段，液态CO2注入量按照14.9m3、13.5m3、12.2m3、10.9m3、8.5m3、4.0m3的顺序逐步减少，排量1.5-0.5m3/min。支撑剂选用30-50目粒径的高强度陶粒颗粒支撑剂；
顶替液阶段：加砂结束后，采用3.0m3/min排量，用基液将井筒内泡沫压裂液顶替进地层。
具体施工泵注程序见下表。
表1苏1-X施工泵注程序
压裂施工结束后，关井压降2h，拆除井口压裂管汇，关闭采气树井口闸阀，用油嘴控制放喷，排量控制在200-300L/min。当井口压力低于15MPa时，采用8mm油嘴排液；当井口压力低于10MPa时，采用10mm油嘴排液；当井口压力低于1MPa时，畅开排液。
所述基液包括0.25％低残渣稠化剂、0.5％起泡剂、0.2％pH值调节剂及水，且以上百分含量为以水为基准的质量百分含量；低残渣稠化剂由N,N-二甲基丙烯酰胺、末端羧酸化脂肪族聚乳酸及十六烷基三甲基季铵盐按质量比8:5:1，以偶氮二异丁氰二甲酯作为引发剂，在反应温度65℃、反应3h条件下得到；pH值调节剂为柠檬酸钠；所述起泡剂为十二烷基苯磺酸钠；所述交联低浓度低残渣增稠剂溶液由基液与0.025％交联剂混合得到，且交联剂百分含量为以基液为基准的质量百分含量；其中，交联剂合成方法为：将水、三乙醇胺、邻苯二甲酸、氯化铁和氯化铝按照质量比70:5:5:3:2混合均匀，加热混合物温度升至65℃，再加入15重量份的硝酸氧锆，反应6-7h，最后将反应所得产物冷却至室温。
所述携砂液阶段泡沫压裂液pH值为5.5-6.5。
3.施工情况及效果
部分施工曲线如图1所示。
求产期间，油压为16.0MPa，套压为17.1MPa。根据实测静压计算地层静压为26.17MPa/3423.00m，静温为91.54℃/3423.00m；日产气量3.6937×104m3/d，计算无阻流量为28.2012×104m3/d。动态分类由Ⅱ类变为Ⅰ类。措施改造效果良好。
实施例二
苏2-X井射孔井段3595.0-3597.0、3603.0-3607.0m，目的层位平均孔隙度6.3％，平均渗透率0.425×10-3μm2，含气饱和度50.8％，静态评价解释为Ⅱ类井。
1.施工前准备
压裂施工进行之前，在现场配备CO2罐车、CO2增压泵车、压裂泵车、混砂车、耐低温供液管汇、仪表车，摆好车辆，将CO2罐车、CO2增压泵车、压裂泵车依次连通，所有车辆通过地面高、低压管线连接好，套管接传感器监测压力，并且地面管线循环，分别试压50MPa和0.5MPa，保持5min，不刺不漏为合格；为满足CO2压裂的要求，液态CO2罐车装备防冻液循环水泵及储罐，更换CO2增压泵耐低温密封件、为压裂泵车泵注系统上水室安装耐低温阀门、盘根和凡尔胶皮，低压供液管汇采用耐低温材料，以上装备改造可由设备制造公司提供；此外，为保证CO2压裂施工安全，在地面配备鼓风机、有氧呼吸器、风向标、及CO2监测仪等。在施工之前需要对CO2流程管线进行循环冷却，地面流程管线包括两部分，泵注液态CO2部分：CO2罐车与增压泵车相连，增压泵车与CO2压裂泵车相连；泵注常规压裂液部分：交联低浓度低残渣增稠剂溶液储罐与混砂车相连，经高压管汇与压裂泵车相连；CO2压裂泵车与压裂泵车出口处在地面三通汇合后通到井口；需要说明的是，CO2增压泵车可使得液态CO2在泵注入井筒时快速通过管路进入井筒，避免在地面部分冷凝。
通洗井、试压阶段：反洗井至进出口水质一致，全井筒套管试压25MPa，30min压降小于0.5MPa为合格，并安装井口防喷器，试压35MPa，稳定10min无漏为合格，并备好油管防喷闸门。
2.施工阶段
前置液阶段：以5-12m3/min的排量交替注入150-240m3纯液态CO2及携带少量支撑剂的纯液态CO2破裂地层，形成裂缝，施工过程中在确保不超压的条件下尽量提高液态CO2的注入排量。采用支撑剂段塞技术打磨裂缝，降低弯曲摩阻，支撑剂选用40-70目陶粒，砂浓度101kg/m3；液态CO2进入地层后达到超临界态；
携砂液阶段：将携带支撑剂的交联低浓度低残渣增稠剂溶液与液态CO2经过三通混合注入井筒，由于井筒温度的变化形成泡沫压裂液，利用气液两相条件下的高粘特性进行加砂压裂。支撑剂浓度阶梯式增加，同时逐渐减小CO2排量来保证加砂规模。所述携砂液阶段CO2注入量随支撑剂比例的增大而降低，携砂液阶段施工限压55MPa。支撑剂浓度按照218kg/m3、286kg/m3、353kg/m3、420kg/m3、454kg/m3、504kg/m3的顺序提高，油管排量3.0-4.0m3/min；每个支撑剂浓度变化阶段，液态CO2注入量按照14.5m3、13.7m3、12.8m3、10.6m3、9.5m3、3.9m3的顺序逐步减少，排量2.5-1.5m3/min。支撑剂选用30-50目粒径的高强度陶粒颗粒支撑剂；
顶替液阶段：加砂结束后，采用3.0m3/min排量，用基液将井筒内泡沫压裂液顶替进地层。
具体施工泵程序见下表。
表2苏2-X施工泵注程序
压裂施工结束后，关井压降2h，拆除井口压裂管汇，关闭采气树井口闸阀，用油嘴控制放喷，排量控制在200-300L/min。当井口压力低于15MPa时，采用8mm油嘴排液；当井口压力低于10MPa时，采用10mm油嘴排液；当井口压力低于1MPa时，畅开排液。
所述基液包括0.25％低残渣稠化剂、0.5％起泡剂、0.2％pH值调节剂及水，且以上百分含量为以水为基准的质量百分含量；低残渣稠化剂由N,N-二甲基丙烯酰胺、末端羧酸化脂肪族聚乳酸及十六烷基三甲基季铵盐按质量比8:5:1，以偶氮二异丁氰二甲酯作为引发剂，在反应温度65℃、反应3h条件下得到；pH值调节剂为柠檬酸钠；所述起泡剂为十二烷基苯磺酸钠；所述交联低浓度低残渣增稠剂溶液由基液与0.025％交联剂混合得到，且交联剂百分含量为以基液为基准的质量百分含量；其中，交联剂合成方法为：将水、三乙醇胺、邻苯二甲酸、氯化铁和氯化铝按照质量比70:5:5:3:2混合均匀，加热混合物温度升至65℃，再加入15重量份的硝酸氧锆，反应6-7h，最后将反应所得产物冷却至室温。
所述携砂液阶段泡沫压裂液pH值为5.5-6.5。
3.施工情况及效果
部分施工曲线如图2所示。
求产期间，油压为14.3MPa，套压为15.2MPa。根据实测静压计算地层静压为25.05MPa/3601.00m，静温为93.03℃/3601.00m。日产气量3.0460×104m3/d，计算无阻流量为24.5347×104m3/d。动态分类由Ⅱ类变为Ⅰ类。措施改造效果良好。
综上，采用液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，入地液量比常规水基胍胶压裂液用量减小40％以上，返排时间平均减小5.2d，返排率提高25％。在保证加砂规模、充分改造储层的前提下，保护了储层。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：包括如下步骤：
前置液阶段：将纯液态CO2与携带少量支撑剂的纯液态CO2交替注入井筒起裂地层造缝，进入地层后纯液态CO2在温度和压力作用下达到超临界态；
携砂液阶段：将携带支撑剂的交联低浓度低残渣增稠剂溶液与液态CO2经过三通混合注入井筒，由于井筒温度的变化形成泡沫压裂液，利用气液两相条件下的高粘特性进行加砂压裂；
顶替液阶段：加砂结束后，用基液将井筒内泡沫压裂液顶替进地层；
压裂施工结束后，关井压降2h，待压力趋于平稳后开始放喷排液，至井口无压力前不得随意关井。
2.根据权利要求1所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述基液包括0.25％低残渣稠化剂、0.5％起泡剂、0.2％pH值调节剂及水，且以上百分含量为以水为基准的质量百分含量；低残渣稠化剂由N,N-二甲基丙烯酰胺、末端羧酸化脂肪族聚乳酸及十六烷基三甲基季铵盐按质量比8:5:1，以偶氮二异丁氰二甲酯作为引发剂，在反应温度65℃、反应3h条件下得到；pH值调节剂为柠檬酸钠；所述起泡剂为十二烷基苯磺酸钠；所述交联低浓度低残渣增稠剂溶液由基液与0.025％交联剂混合得到，且交联剂百分含量为以基液为基准的质量百分含量；其中，交联剂合成方法为：将水、三乙醇胺、邻苯二甲酸、氯化铁和氯化铝按照质量比70:5:5:3:2混合均匀，加热混合物温度升至65℃，再加入15重量份的硝酸氧锆，反应6-7h，最后将反应所得产物冷却至室温。
3.根据权利要求1或2所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述前置液阶段之前还包括通洗井、试压阶段：反洗井至进出口水质一致，全井筒套管试压25MPa，30min压降小于0.5MPa为合格，并安装井口防喷器，试压35MPa，稳定10min无漏为合格，并备好油管防喷闸门。
4.根据权利要求3所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述混合压裂工艺适用于KQ65-70压裂井口。
5.根据权利要求1所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述前置液阶段施工限压20MPa，施工过程中在确保不超压的条件下尽量提高液态CO2的注入排量。
6.根据权利要求1所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述携砂液阶段CO2注入量随支撑剂比例的增大而降低，携砂液阶段施工限压55MPa。
7.根据权利要求1所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：压裂完毕后放喷排液制度如下：用油嘴控制放喷，排量控制在200-300L/min；当井口压力低于15MPa时，采用8mm油嘴排液；当井口压力低于10MPa时，采用10mm油嘴排液；当井口压力低于1MPa时，畅开排液。
8.根据权利要求1所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述携砂液阶段泡沫压裂液pH值为5.5-6.5。
9.根据权利要求1所述的低压致密气藏液态CO2及CO2泡沫体系混合压裂工艺，其特征在于：所述支撑剂选用40-70目、30-50目粒径的高强度陶粒颗粒中的至少一种。
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