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 n 5 型相图 CO2 烷烃 7 n 13 型相图 CO2 烷烃 n 13 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 1 382 713 1054 1395 1726 1977 238 温度 1 402 503 60 温度 1 46 12 71 13 104 4 温度 4 155 206 257 308 35 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 2020 3 17 16 可编辑 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 3 0 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130D cm 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200mD m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 再用入乙二醇防冻液从