二氧化碳压裂技术简况课件

二氧化碳压裂技术简况二氧化碳压裂技术简况 主主 要要 内内 容容 二氧化碳压裂工艺流程二氧化碳压裂工艺流程 二氧化碳压裂设备配套二氧化碳压裂设备配套 二氧化碳压裂技术准备二氧化碳压裂技术准备 国内二氧化碳压裂技术应用情况国内二氧化碳压裂技术应用情况 几点建议几点建议 一、二氧化碳压裂工艺流程一、二氧化碳压裂工艺流程 经过近两年的引进配套，井下作业公司从 美国双S公司引进了二氧化碳增压泵车、在国内 配套了增压泵车控制车、二氧化碳罐车，自四 机厂购进了新的压裂机组，完成了二氧化碳压 裂设备配套完善，具备开展二氧化碳压裂施工 的能力。 二、二氧化碳压裂设备配套情况二、二氧化碳压裂设备配套情况 二氧化碳泵车 二氧化碳增压泵 二氧化碳罐车 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 1、二氧化碳压裂泵车（4台） 二氧化碳压裂泵车工作原理与普通压裂泵车相同，但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 缸泵空穴消除器缸泵空穴消除器 ，并采用耐低温阀门、盘根、凡尔胶皮，并采用耐低温阀门、盘根、凡尔胶皮 。 档位档位发动机转速发动机转速 （rpmrpm） 4 4寸泵头寸泵头4.54.5寸泵头寸泵头5 5寸泵头寸泵头 排量排量 m m3 3 /min/min 最高压力最高压力 MPaMPa 排量排量 m m3 3 /min/min 最高压力最高压力 MPaMPa 排量排量 m m3 3 /min/min 最高压力最高压力 MPaMPa 1 1 190019000.390.391051050.5110.51197.597.50.610.6180.680.6 2 2 190019000.5480.5481051050.7140.71497.597.50.8570.85780.680.6 3 3 190019000.6670.6671051050.8720.87293.193.11.0421.04276.776.7 4 4 190019000.8350.83595.895.81.0851.08574.974.91.3051.30561.361.3 5 5 190019000.9340.93485.685.61.1821.18267671.4591.45954.854.8 6 6 190019001.1611.16168.968.91.471.4753.853.81.8151.8154444 7 7 190019001.4781.47854.454.41.871.8742.342.32.3092.30934.634.6 二氧化碳泵车排量二氧化碳泵车排量-压力性能压力性能 2 2、二氧化碳增压泵车（、二氧化碳增压泵车（1 1台）台） 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 3、二氧化碳罐车（、二氧化碳罐车（9 9台）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 4、二氧化碳控制车及配套设备、二氧化碳控制车及配套设备 该车装备了软启动控制柜，二 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。 软启动控制柜 二氧化碳控制车 卸车泵供电电缆 卸车阀远程控制开关 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。 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 防冻液循环水泵 空压机 压缩空气储罐 配备四组泵车 控制面板，实现对 二氧化碳压裂泵车 的集中控制 控制面板 在二氧化碳罐车低压管汇上配 备了气动碟阀，可从控制车上远程 控制罐车的卸车阀门的开启和关闭 。 气动碟阀 配备了300KW电源为控制车和 二氧化碳罐车供电，摆脱了对现场电 源的依赖。 5 5、二氧化碳压裂配套设备、二氧化碳压裂配套设备 配备了国产耐 低温蝶阀、液力端 清洗装置以及二氧 化碳循环管汇，保 证了低温施工的可 靠性。 6 6、设备调试情况、设备调试情况 u 目前全部已基本配套完 成，进行了3次地面模拟 施工试验，各项配套设 备运行正常。 u 调试最大排量： 1.8m1.8m 3 3 /min/min ( 受地面工矿条件限制，更受地面工矿条件限制，更 高的排量试验必须到现场高的排量试验必须到现场 调试运行调试运行） 7 7、达到的技术指标、达到的技术指标 uu 可实现同时对可实现同时对4 4台二氧化碳压裂泵车的集中控制，最高施工泵压台二氧化碳压裂泵车的集中控制，最高施工泵压 93MPa93MPa，此时最大排量，此时最大排量3.5m3.5m 3 3 /min/min（还可通过增加泵车进一步提（还可通过增加泵车进一步提 高总排量）高总排量）, ,增压泵车理论最大供液排量增压泵车理论最大供液排量4.6m4.6m 3 3 /min/min。 uu 可实现对可实现对9 9台二氧化碳罐车卸车的远程集中控制，最大二氧化碳台二氧化碳罐车卸车的远程集中控制，最大二氧化碳 供液量达到供液量达到126 m126 m 3 3 。 uu 可实现二氧化碳压裂施工各主要施工步骤，包括二氧化碳压裂泵可实现二氧化碳压裂施工各主要施工步骤，包括二氧化碳压裂泵 车的启动、循环泵、管线试压、扫线等全过程的远程集中控制。车的启动、循环泵、管线试压、扫线等全过程的远程集中控制。 uu 配套完善了施工所需的各种管汇及附件。配套完善了施工所需的各种管汇及附件。 主要技术参数：主要技术参数： 最大额定压力：最大额定压力：2.41MPa2.41MPa 最大排量：最大排量：4.65 m4.65 m /min/min COCO 2 2 增压泵车（中原增压泵车（中原 ） 撬装式、车载式撬装式、车载式COCO 2 2 储罐（长庆）储罐（长庆） CO2储罐（中原）容积：20 m COCO 2 2 增压泵及低压流程（长庆）增压泵及低压流程（长庆） 1 1、COCO 2 2 的物理性质的物理性质 COCO 2 2 的相态的相态: : 气态、液态、固态气态、液态、固态 三相点（三相点（ o o ）：）： 压力：压力：0.527MPa0.527MPa 温度：温度：-56.6 -56.6 临界点（临界点（ c c ）：）： 压力：压力：7.38MPa7.38MPa 温度：温度：31.06 31.06 标准状态（标准状态（00，0.101MPa0.101MPa）下：）下： 1m1m 3 3 CO CO 2 2 （液态）（液态）546sm546sm 3 3 CO CO 2 2 （气态）（气态） 三、二氧化碳压裂工艺技术现状三、二氧化碳压裂工艺技术现状 2 2、COCO 2 2 压裂技术压裂技术 CO CO 2 2 增能压裂技术增能压裂技术： 泡沫质量小于泡沫质量小于52%52%，也称为混气水压裂，也称为混气水压裂 CO CO 2 2 泡沫压裂技术泡沫压裂技术： 泡沫质量达到泡沫质量达到60-85%60-85% CO CO 2 2 +N+N 2 2 二元泡沫压裂技术二元泡沫压裂技术 ： 压裂施工过程中同时应用压裂施工过程中同时应用COCO 2 2 和和NN 2 2 二氧化碳压裂技术相对水基压裂而言比较复杂，压裂液体系是由液态二氧化碳压裂技术相对水基压裂而言比较复杂，压裂液体系是由液态 COCO 2 2 、水冻胶和各种化学添加剂组成的液、水冻胶和各种化学添加剂组成的液- -液两项混合体系组成。泡沫液粘度液两项混合体系组成。泡沫液粘度 随泡沫质量的不同而发生很大变化，根据泡沫质量不同分为三种工艺技术：随泡沫质量的不同而发生很大变化，根据泡沫质量不同分为三种工艺技术： 纯纯COCO 2 2 压裂技术：压裂技术： 液态液态COCO 2 2 作为压裂液，以液态注入，在地层条件下气化。施工后地层无残作为压裂液，以液态注入，在地层条件下气化。施工后地层无残 留液体。留液体。 3 3、COCO 2 2 压裂技术压裂技术-压裂液压裂液 uu 常规水基压裂液：常规水基压裂液：碱性环境下交联，酸性条件下破胶碱性环境下交联，酸性条件下破胶 uu COCO 2 2 泡沫压裂液：泡沫压裂液：弱酸性，酸性环境下交联，复合破胶。弱酸性，酸性环境下交联，复合破胶。 uu 国外大服务公司的国外大服务公司的COCO 2 2 泡沫压裂液体系：泡沫压裂液体系： 斯伦贝谢公司：斯伦贝谢公司：YF8OOLPHYF8OOLPH体系体系 BJBJ公司：公司：Medallion Medallion FracFrac 4000 with CO 4000 with CO 2 2 /10%/10%甲醇压甲醇压 裂液体系裂液体系 4 4、目前、目前COCO 2 2 压裂工艺技术准备情况压裂工艺技术准备情况 开发了酸性压裂液体系，开发了酸性压裂液体系，140140条件下条件下 交联良好，辅助液态二氧化碳降温作用交联良好，辅助液态二氧化碳降温作用 ，满足，满足150-160 150-160 储层改造需要。储层改造需要。 uu 酸性压裂液配方组成酸性压裂液配方组成: : (0.7-0.9)%(0.7-0.9)%稠化剂稠化剂+(0.3-1.0)%+(0.3-1.0)%粘土稳定剂粘土稳定剂 +(0.3-1.0)%+(0.3-1.0)%助排剂助排剂 +1%+1%起泡剂起泡剂( (需要时需要时) )。 uu 交联比：交联比：100:100:( (0.7-0.9)0.7-0.9) uu 稠化剂：稠化剂：pHpH值值 6.56.5 uu 交联剂：交联剂：pHpH值值 1.0-3.01.0-3.0 uu 酸性冻胶体系酸性冻胶体系:pH:pH值值 4.0-5.54.0-5.5 1 1）压裂液体系）压裂液体系 不同温度及破胶剂浓度下破胶液残渣含量（不同温度及破胶剂浓度下破胶液残渣含量（mg/lmg/l） 名称名称温度温度 破胶剂浓度破胶剂浓度 3/3/万万5/5/万万7/7/万万 0.7%0.7%酸性压裂液酸性压裂液 6060140140118118106106 808011011092.592.588.788.7 0.55%0.55%瓜尔胶压裂液瓜尔胶压裂液 6060 3.5h3.5h未破胶未破胶 8080790790746746675675 0.55%羟炳基 胍胶压裂液破 胶液 0.7%0.7%酸性压酸性压 裂液破胶液裂液破胶液 评价内容评价内容 0.55%0.55%瓜尔胶瓜尔胶 压裂液压裂液 酸性压裂液酸性压裂液 粘土防膨粘土防膨 率率 78%78%86%86% 岩心伤害岩心伤害 率率 46.9%46.9%31.8%31.8% 酸性压裂液现场试验情况酸性压裂液现场试验情况 在高890-14、樊151-17 、樊151-斜7和罗531井进 行了试验应用，施工均取 得成功。 2 2）设计技术）设计技术 压裂设计软件： FRACPRO PT、和STIMPLAN 设计软件均具有泡沫压裂设计模 块，能够实现氮气和液态二氧化碳增能及泡沫压裂设计模拟分析。 uu 胜利油气区胜利油气区COCO 2 2 含量在含量在6060以上的以上的COCO 2 2 气藏主要分布在阳信、花沟气藏主要分布在阳信、花沟 、平方王等地区，储量相对较为丰富。、平方王等地区，储量相对较为丰富。 uu 花沟花沟COCO 2 2 气田位于山东省高青境内，于气田位于山东省高青境内，于19881988年发现，年发现，19961996年年6 6月正月正 式投产。已完钻井的式投产。已完钻井的7 7口井口井 ( ( 高高5353、高、高531531、高气、高气3 3、高气、高气1010、高气、高气1212 、高气、高气101101、高气、高气102102）均钻遇气层，主要含气层系馆陶组。目前正常）均钻遇气层，主要含气层系馆陶组。目前正常 生产的气井两口：高生产的气井两口：高1 1气气3 3、高、高531531。 uu 阳信洼陷西部阳阳信洼陷西部阳2 2井区也发现了丰富的井区也发现了丰富的COCO 2 2 资源，其中阳资源，其中阳5 5井用井用 20mm20mm油嘴试气，日产油嘴试气，日产COCO 2 2 气气144959 m144959 m 3 3 ，COCO 2 2 含量达含量达99.399.3。 uu 此外平南油田、平方王油田也发现大量的此外平南油田、平方王油田也发现大量的COCO 2 2 资源。资源。 5 5、胜利油田、胜利油田COCO 2 2 资源及生产应用状况资源及生产应用状况 uu 鲁胜二氧化碳公司做为胜利油田开发鲁胜二氧化碳公司做为胜利油田开发COCO 2 2 气的专业化公司，负责胜利气的专业化公司，负责胜利 油田油田COCO 2 2 气井的开发、管理及经营工作。其气井的开发、管理及经营工作。其COCO 2 2 日产量位居全省第一，达日产量位居全省第一，达 120t/d120t/d。 uu 阳信区块日产量约阳信区块日产量约100t100t（阳（阳5 5井），花沟区块日产量约井），花沟区块日产量约20t/d20t/d。 uu 目前该公司生产的目前该公司生产的COCO 2 2 气主要用于化工原料，少量用于气主要用于化工原料，少量用于COCO 2 2 气体保护气体保护 焊及油田生产，如油井焊及油田生产，如油井COCO 2 2 吞吐、压前预处理等。吞吐、压前预处理等。 uu 鲁胜二氧化碳公司现有的固定式存储设备，最大可存储液体鲁胜二氧化碳公司现有的固定式存储设备，最大可存储液体COCO 2 2 340t 340t 。同时还拥有。同时还拥有10-20t10-20t不等的液体不等的液体COCO 2 2 运输车辆，最大运输能力运输车辆，最大运输能力150t150t。 uu 另外，周边地区，如济南、淄博、潍坊等地的一些化工厂、石化工厂另外，周边地区，如济南、淄博、潍坊等地的一些化工厂、石化工厂 在生产过程中也有一些在生产过程中也有一些COCO 2 2 附加产品产出，日产量附加产品产出，日产量30-60t30-60t不等。不等。 目前目前COCO 2 2 生产及储运规模生产及储运规模 四、国内四、国内COCO 2 2 压裂技术应用情况压裂技术应用情况 起步晚起步晚20203030年，国外始于年，国外始于6060年代后期，国内年代后期，国内9090年代中期才开始年代中期才开始 现场试验。现场试验。 机理研究相对薄弱，特别是机理研究相对薄弱，特别是COCO 2 2 相态转变条件、超临界特性、泡沫相态转变条件、超临界特性、泡沫 流变特性、气液固三相体系及摩阻等有待研究认识。流变特性、气液固三相体系及摩阻等有待研究认识。 设备装备少，不配套，国内目前可进行现场压裂施工的设备装备少，不配套，国内目前可进行现场压裂施工的COCO 2 2 泡沫压泡沫压 裂设备仅有长庆、吉林、大庆、中原四套车组；能进行液态裂设备仅有长庆、吉林、大庆、中原四套车组；能进行液态COCO 2 2 压裂压裂 施工的配套设备仅有长庆油田。施工的配套设备仅有长庆油田。 泡沫压裂技术有待于进一步发展、提高，包括泡沫压裂技术有待于进一步发展、提高，包括COCO 2 2 酸性交联泡沫压酸性交联泡沫压 裂液体系和压裂设计技术等。裂液体系和压裂设计技术等。 长庆上古低渗、低压气藏，储层岩性主要以石英砂岩、岩屑石英长庆上古低渗、低压气藏，储层岩性主要以石英砂岩、岩屑石英 砂岩为主。有效厚度砂岩为主。有效厚度7 730m30m，孔隙度，孔隙度4 41212，岩心渗透率，岩心渗透率 0.10.12.0102.010-3 -3m m 2 2 。埋深。埋深280028003300m3300m，压力系数，压力系数0.920.920.970.97 ，气层温度，气层温度9090110110。 单井增产均在单井增产均在710710 4 4 30103010 4 4 mm 3 3 /d/d，至少比常规压裂增产，至少比常规压裂增产17%17%。 1 1）COCO 2 2 压裂技术应用效果压裂技术应用效果 长庆油田长庆油田 大庆榆树林油田储油层具有低孔、低渗、低产、埋藏深的特点大庆榆树林油田储油层具有低孔、低渗、低产、埋藏深的特点 。油层埋深。油层埋深160016002400m2400m，孔隙度为，孔隙度为11%11%20%20%，平均空气渗透，平均空气渗透 率率510510-3 -3m m 2 2 。 平均单井增油强度比常规水基压裂井多平均单井增油强度比常规水基压裂井多0.429t/(d.m)0.429t/(d.m) 井号井号压压压压 裂 前 裂 前压压压压 裂 后 裂 后增 增 产产产产 日日产产产产液液 (t)(t) 日日产产产产油油 (t)(t) 含水含水 (%)(%) 日日产产产产液液 (t)(t) 日日产产产产油油 (t)(t) 含水含水 (%)(%) 日增液日增液 (t)(t) 日增油日增油 (t)(t) 含水含水 (%)(%) 树树树树61-62161-6211.51.51.461.462.42.410.810.810.0710.076.86.89.39.38.618.61+4.4+4.4 树树树树16-5116-511.51.51.471.472.02.06.06.05.635.636.26.24.54.54.164.16+4.2+4.2 树树树树33-3533-352.22.21.891.8914.014.08.08.07.867.861.81.85.85.85.975.97-12.2-12.2 树树树树36-2736-273.43.43.203.206.06.05.25.24.344.3416.516.51.81.81.141.14+10.5+10.5 平 均平 均2.22.22.02.09.19.17.57.57.07.06.76.75.35.35.05.0-2.4-2.4 大庆油田大庆油田 木木126126区块区块 与该区块同一时期投产与该区块同一时期投产7 7口井的数据相比，采用口井的数据相比，采用COCO 2 2 压裂，初期采压裂，初期采 油强度达油强度达1.238t/d.m1.238t/d.m，而其它，而其它7 7口井平均为口井平均为0.255t/d.m0.255t/d.m， 新民地区新民地区 与常规压裂相比，同层在加砂强度相近、有效厚度明显差的情况下与常规压裂相比，同层在加砂强度相近、有效厚度明显差的情况下 ，同期平均日增值和采油强度增值对比，同期平均日增值和采油强度增值对比，COCO 2 2 压裂均明显高于常规压裂压裂均明显高于常规压裂 井，日增值高井，日增值高1 1倍，采油强度增值高倍，采油强度增值高4 4倍。倍。 吉林油田吉林油田 油井油井2 2口、气井口、气井8 8口，井深超过口，井深超过3500m3500m的气井的气井4 4口，其中口，其中2 2口井压裂井段大口井压裂井段大 于于3700m3700m，为国内，为国内COCO 2 2 泡沫压裂施工的井深记录，泡沫压裂施工的井深记录， 中原油田中原油田 自自20052005年起，运用中原油田年起，运用中原油田COCO 2 2 压裂设备，先后在压裂设备，先后在6 6口探井中开展了口探井中开展了COCO 2 2 增增 能压裂工艺的现场实施；其中，孤北古能压裂工艺的现场实施；其中，孤北古1 1、丰深、丰深1 1井压裂后均获得较高气产量，取井压裂后均获得较高气产量，取 得了胜利油田深层气勘探的突破。得了胜利油田深层气勘探的突破。 井号井号施工施工 日期日期 压裂井段压裂井段 m m 厚度厚度 m m 层层 数数 压裂压裂 方式方式 压前产量压前产量压后产量压后产量 气气 m m3 3 /d/d 油油 m m3 3 /d/d 水水 m m3 3 /d/d 气气 m m3 3 /d/d 油油 m m3 3 /d/d 水水 m m3 3 /d/d 孤北古孤北古2 220050217 20050217 3517.73517.73534.23534.215.4 15.4 2 2 COCO 2 2 增能增能20200.0020.0024.824.823943940.0020.00238.138.1 孤北古孤北古2 220050820 20050820 3580.23580.23583.43583.43.1 3.1 1 1 COCO 2 2 增能增能 0 0 0.20.2 0 0 0 0 1.481.4816.116.1 孤北古孤北古1 120051009 20051009 4120.64120.64139.04139.016.8 16.8 2 2 CO2CO2增能增能24912491 0 0 0 0 1110001110000.0020.002 0 0 丰深丰深1 120