江汉涪陵页岩气压裂技术.ppt

,超临界CO2压裂液体系的构筑及性能评价,汇报人：黄倩指导老师：付美龙二一六年四月,第一部分超临界CO2压裂的优势及存在问题第二部分超临界CO2与增稠剂作用机理研究第三部分超临界CO2流变摩阻测试第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,汇报大纲：,第一部分超临界CO2压裂的优势及存在问题,在非常规油气藏中，进行常规水力压裂时，大量水进入储层，会使粘土发生膨胀，导致孔隙堵塞，甚至造成井壁垮塌。为了防止膨胀现象而加入防膨剂等药剂，不但造成污染，而且无法从根本上避免膨胀。会对地层和地下水造成污染，改变地应力诱发地震，且单口井压裂需要1-2万方水，若进行大规模水力压裂对水的需求量过大。,第一部分超临界CO2压裂的优势及存在问题,第一部分超临界CO2压裂的优势及存在问题第二部分超临界CO2与增稠剂作用机理研究第三部分超临界CO2流变摩阻测试第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,汇报大纲：,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,1、超临界CO2流体性质,由数据可知，CO2要达到超临界状态并不难实现。但是其粘度偏低，会导致压裂液的携砂能力差，达不到预期的压裂增产效果，而其扩散系数偏小，溶剂化能力强。因此对超临界CO2进行增粘是必要可行的。,单相,1、超临界CO2流体性质,密度随温度和压力的变化,表面张力随温度的变化,自扩散系数和压力的关系,粘度和压力的关系,温度/：1-0、2-37、3-47、4-75、5-77,通过对比CO2气体、液体、超临界状态下的物理性质，发现在临界点附近流体的性质有突变性和可调性，即可通过调节体系的温度和压力控制其流体性质，如密度、粘度、扩散系数、溶剂化能力等。,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,单相,1、超临界CO2流体性质,组分体系型相图：CO2烷烃（n5）型相图：CO2烷烃（7n13）型相图：CO2烷烃（n13）,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,两相,1、超临界CO2流体性质,温度/：13827131054139517261977238,温度/：140250360,温度/：146.1271.13104.4,温度/：415520625730835,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,两相,2、超临界CO2流体增粘机理,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,超临界流体中的分子聚集：,对较稀的临界流体溶液，在高度可压缩区，由于分子间的吸引作用，超临界流体在溶质周围的密度可能远远大于溶剂本体的密度，导致局部密度的增强或局部组成的增加，说明分子间发生了聚集。必须强调的是，各种聚集实际上是一个动态过程。流体中除了可能存在溶剂-溶剂、溶剂-溶质间的聚集外，还可能存在溶质-溶质间的聚集。而在高压区，由于流体的压缩性很小，聚集现象不明显。,溶剂-溶剂间的聚集,溶剂-溶质间的聚集,2、超临界CO2流体增粘机理,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,超临界流体中的分子间的相互作用：,溶质-溶剂分子间相互作用：由于溶质和溶剂分子间存在较强的相互作用，故在溶质和溶剂之间会形成聚集体。,共溶剂-溶质分子间相互作用：由于分子间存在较强的相互作用，故在溶质-溶剂、共溶剂-溶质之间会形成聚集体。且在高度压缩区，局域的共溶剂-溶质分子间作用力往往大于溶剂-溶质的。,共溶剂的加入能增加物质的溶解度、改善反应的选择性等。,溶质-溶质分子间相互作用：在高度可压缩的较稀超临界流体溶液中，除了有溶剂-溶质聚集和共溶剂-溶质聚集存在外，还存在溶质-溶质的聚集。,2、超临界CO2流体增粘机理,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,增粘机理：,理想的增粘剂在CO2中通过分子链间的缠结以及相邻分子间的缔合构成分子聚集体，同时存在协同作用。应选取合适的亲CO2官能团，设计合成超临界CO2专用增粘剂，以满足工程应用的需要。,3、超临界CO2增粘剂的研究路线,国外：遥爪型聚合物增粘剂,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,3、超临界CO2增粘剂的研究路线,B.国内：氟化丙烯酸酯-苯乙烯二元共聚物的合成思路,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,3、超临界CO2增粘剂的研究路线,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,C.国内：梯形聚甲基倍半硅氧烷的合成思路,3、超临界CO2增粘剂的研究路线,氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物增稠剂znj01的介绍,液态CO2粘度低，滤失大，携砂性能差，为了满足地层条件下携砂要求，优选了氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的稠化剂znj01，该稠化剂具有无毒性，化学稳定性强，不易挥发，不易燃，对金属、塑料、玻璃无腐蚀性。并且具有极快的溶解性和较好的流变性能，0.245%稠化剂znj01长时间剪切后粘度与水的粘度相当，可以满足现场低砂比加砂需求。,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,4、超临界CO2增粘剂的研究难点,第二部分超临界CO2与增稠剂的作用机理研究,CO2是由极性共价键构成的非极性分子，其永久偶极矩为零，介电常数和极化率非常低。对于极性或高分子化合物而言，CO2是一种弱溶剂。CO2增粘的主要难点包括：1）备选化合物在CO2中的低溶解度。这是CO2增粘的最明显障碍。通常只有加入大量助溶剂或者使用高氟化亲CO2分子，备选化合物才能溶解于CO2。2）CO2增粘的经济障碍。即使是增粘效果最好的含氟聚合物，要使CO2的粘度得到显著增加，所需质量浓度也达数个百分点，而氟化物是非常昂贵的。3）含氟增粘剂的环境障碍。虽然含氟聚合物增粘剂易溶于CO2、增粘效果较理想，但是含氟材料不仅成本高，而且不易降解，对环境存在污染。4）温度、压力的影响。压裂过程中温度和压力的变化，不仅会影响增粘剂在CO2中的溶解度，可能使其从CO2中析出，也可能使其失去在CO2中的增粘性能。5）CO2专用增粘剂在天然气中的低溶解度。由于CO2和CH4性质的差异，为CO2设计的增粘剂在天然气中的溶解度可能较低，因此在压裂过程中析出的增粘剂可能会沉淀为固体或非常粘的液体，从而危害地层。,第一部分超临界CO2压裂的优势及存在问题第二部分超临界CO2与增稠剂作用机理研究第三部分超临界CO2流变摩阻测试第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,汇报大纲：,第三部分超临界CO2流变摩阻测试,1、超临界CO2流变摩阻测试装置,第三部分超临界CO2流变摩阻测试,2、超临界CO2流变摩阻测试实验流程,第三部分超临界CO2流变摩阻测试,3、超临界CO2流变摩阻测试评价结果,表1Znj01稠化剂流变摩阻实验结果,具体配方为：液态二氧化碳+1%氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的稠化剂znj01。该稠化剂体系具有极快的溶解性和较好的流变性能，随着稠化剂znj01和CO2混合，在超临界状态下，混合流体粘度明显增加，最大增加200余倍，可以满足现场低砂比加砂需求，说明该稠化剂具有较好的增粘效果。测试管段摩阻在加入增粘剂后明显降低，说明流体在管线中的压力损失变小，具有减阻作用，对压裂施工具有重大意义。,第一部分超临界CO2压裂的优势及存在问题第二部分超临界CO2与增稠剂作用机理研究第三部分超临界CO2流变摩阻测试第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,汇报大纲：,1、压裂设计技术路线,第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,2、压裂方式及地面工艺,压裂方式：套管注入单层压裂，单翼注入。地面工艺：井口：让53平9-3井压裂井口采用10000psi压裂井口，顶端注入，LU级（-46）；地面管线：高压管汇和弯头要求额定工作压力105MPa，PU级（-29），地面管线要求31/2钢级P110油管或压裂专用管线。,3、压裂材料,压裂液：浓度1%的氟化丙烯酸酯-苯乙烯共聚物的稠化剂znj01。压裂支撑剂：选用新型低密度陶粒。支撑剂性能：粒径0.30.6mm20-40目，体积密度1.33g/cm3，在闭合压力52MPa下，铺置浓度为5kg/m2时，破碎率1.6%，-22冷冻100h后破碎率1.9%，破碎率远小于标准5%的要求。在实验温度70，闭合压力40MPa，铺置浓度5kg/m2，实验时间5h后导流能力趋于平稳，实验170h后导流能力剩余130Dcm，较普通陶粒高30%以上，实验后覆膜陶粒无明显胶结。,第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,4、压裂主要参数优化,井口压力预测静液柱压力：21.5MPa闭合压力：35.4MPa净压力：5MPa近井筒摩阻：5MPaP地面=P闭合+P管柱摩阻+P近井摩阻+P净压力-P静液柱温度场模拟本地区平均地温梯度为4.71/100m，折算储层温度103。利用裂缝温度场模拟计算井底最低温度为-13。压裂规模及裂缝模拟计算结果裂缝参数优化设计：裂缝半长100m，导流能力按200mDm设计。压裂规模及方案设计：本方案设计了5、6、7m3/min三种施工排量方案，设计液态二氧化碳体积分别为：550、574和592m3，增粘剂分别为6.4、6.6和6.8m3，低密度陶粒：25m3，平均砂比：6%10%。,第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,表2不同尺寸管柱水平放置临界携砂排量,施工排量设计利用流体力学计算模拟确定了51/2管柱水平放置的临界携砂排量，计算结果见表2。根据CO2压裂液粘度结合计算结果及压力预测情况，本井设计施工排量5-7m3/min，现场根据压裂测试及施工情况进行调整。,第四部分超临界CO2压裂现场工艺方案,5、施工前的准备工作,试验井筒处理,通洗井：用外径不小于115mm，长度不小于1300mm的通井规通井至封隔器座封位置以下20m；用2%浓度KCL溶液洗井循环一周半以上，至井口反出液与注入液相同。,套管验漏：K344封隔器+配水器,进行四十臂测井和电磁探伤测试,循环及注入乙二醇防冻液操作规程,连接远程控制阀液压管线,地面管线连接及锚定,工具串下到设计位置后，配置2%浓度KCL溶液，从油管注入灌井筒并循环，直至注入量与套管环空排出量一致时停止；