CN109538177A - 一种超临界co2压裂的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超临界CO2压裂的新工艺,属于石油开采技术领域。本发明主要是克服现有技术中的不足之处,提出一种超临界CO2压裂的新工艺包括以下步骤:(1)清井、(2)射孔、(3)压裂处理、(4)注入支撑剂、(5)分段压裂、(6)隔离处理、(7)闷井处理、(8)压后放喷返排。本发明使用超临界CO2压裂液和常规压裂液携砂液同时泵注的方法在充分发挥超临界超临界CO2压裂液的补充地层能量,更容易产生复杂裂缝的作用同时,利用常规压裂也与其混注的方法,在不需要密闭***的条件下,即充分发挥超临界CO2压裂的优势,又规避常规压裂的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界CO2压裂的新工艺,属于石油开采技术领域。
背景技术
随着对油气资源需求的增长和勘探开发的深入,压裂改造是低渗、特低渗透储层经济开发的关键,越来越受关注。对于页岩气藏、煤层气藏、低渗特低渗油气藏等的开发,压裂改造是必要手段,但是目前页岩气的压裂始终存在返排率性能差、消耗大量水资源和压裂后导致的相关污染等缺点。
水力压裂技术最早在20世纪40年代提出,当时主要应用于老井改造、提高采收率,目前水力压裂技术已成为低渗特低渗油田、页岩气藏、煤层气藏等非常规油气藏增产的主要措施之一。它利用地面高压泵组,以超过地层(储层) 吸收能力的排量将压裂液注入井筒,在井底附近产高压,当该压力克服了井壁附近的地应力和岩石的抗拉强度,将会使地层破裂并延伸一定距离;随着压裂液持续泵入,裂缝持续向前延伸,在裂缝达到要求尺寸后,泵注混有支撑剂的携砂液,携砂液将继续延伸裂缝并将支撑剂输送到裂缝内;携砂液泵送完毕后,泵送破胶剂,将高黏压裂液破胶降为低粘度的液体流回井筒,返排到地面,这样当压裂结束后,裂缝内只留下支撑剂用于支撑裂缝壁面,形成了一条具有高倒流能力的裂缝通道。
众所周知,水力压裂的目的在于生成一条具有高导流能力的裂缝通道,穿透井筒地带的伤害区,使油井恢复自然产能。但是对于传统压裂,需要注入大量高粘度压裂液,之后需要破胶剂将其破胶,返排压裂液,这样不仅成本高,而且程序复杂,同时大量的水进入储层,造成储层二次伤害,降低储层渗透率,从而降低压裂效果。虽然目前有多种清洁压裂液来应对这一问题,减轻储层伤害,但是仍然无法从根本上彻底消除压裂时储层二次污染。
研究人员尝试将CO2及N2惰性气体打入压裂液中制成泡沫压裂液来进行水力压裂,使用这种方法后,压裂液粘度大大提高,压裂液摩阻损失减小,携砂性能和悬砂性能好,能较好的撑开裂缝,压裂液穿透裂缝能力增强,油气资源的采收率大大提高,但经过长期实践之后,发现存在一系列问题,泡沫压裂液中含有大量的冻胶及酸液,压裂液返排时,压裂液中的气体膨胀能力强,易返排,但容易把化学物质残留在地层中,污染地层,而且压裂液中加入气体后,井筒中压裂液的温度和压力不易控制。
在泡沫压裂液中,CO2绝大部分处于气体状态,但在实际的现场压裂工艺中,由于泵注压力和井筒或地层裂缝中的流体温度较高,已经超过了CO2的临界状态 (7.382MPa,31.16℃),故泡沫压裂液中的CO2已处于超临界流体状态,由此研究人员考虑尝试采用临界态CO2流体来代替普通压裂液来进行压裂施工。
超临界CO2压裂液作为一种新型压裂液,临界、超临界流体压裂技术随之而兴起。临界态CO2流体,密度比气体大,接近于液体,粘度与气体接近,扩散系数大,因此具有很好的流动和传输性,相比较而言,可以最大限度的撑开裂缝,并将裂缝中的油气资源吸附出来,来提高采收率,另外超临界CO2压裂液中无水相,不会使地层产生蠕变现象,在压裂施工完成后,升温、降压,CO2由液态变成气态,从地层排出,返排时无残渣残留,可以保护储层,增大的储层渗透率,而且临界态CO2压裂液易返排,是一种对地层无伤害的压裂工艺。
但是超临界CO2压裂液粘度低,润滑性差,摩阻高,且压裂工艺需要精密的仪器,在产层中需要合适的温度压力条件,在施工中需要密闭混砂车,施工成本增加,在低油价的大环境下,超临界CO2压裂不适于大范围推广。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处,提出一种超临界CO2压裂的新工艺,本发明使用超临界CO2压裂液和常规压裂液携砂液同时泵注的方法在充分发挥超临界超临界CO2压裂液的补充地层能量,更容易产生复杂裂缝的作用同时,利用常规压裂也与其混注的方法,在不需要密闭***的条件下,即充分发挥超临界CO2压裂的优势,又规避常规压裂的缺点。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是:一种超临界CO2压裂的新工艺,包括以下步骤:
(1)清井:循环洗井后并通井;
(2)射孔:通过连续油管将液态CO2输送到井中,通过压裂装置进行射孔使储层产生孔道;
(3)压裂处理:持续同时的泵入液态CO2和常规压裂液的携砂液;
(4)注入支撑剂:注入支撑剂,支撑剂随液态CO2进入所产生的裂缝,当进入裂缝的支撑剂达到预定数量时,停止混入支撑剂,停止泵入液态CO2,完成一段压裂作业;
(5)分段压裂:对已经压裂的裂缝和孔道进行隔离;
(6)隔离处理:对裂缝和孔道进行封堵;
(7)将油管上提到下一段压裂位置,然后重复步骤(2)-(4),完成下一段压裂作业;
(8)闷井处理:完成最后一步压裂作业后,在压裂处理后,进行闷井处理,闷井后再开井生产;
(9)压后放喷返排:采用油嘴控制放喷速度,防止CO2返排过快造成吐砂;使用CO2监测仪监测出口CO2浓度变化,当CO2浓度低于3.0%,返排完成,返排结束之后整个CO2压裂工艺结束。
进一步的技术方案是,所述步骤(1)中采用清水或者洗井液循环洗井。
进一步的技术方案是,所述步骤(3)中常规压裂液为滑溜水。
进一步的技术方案是,所述液态CO2的排量泵注入大于3-10m3/min,滑溜水的排量为8-12m3/min。
进一步的技术方案是,所述步骤(6)中采用隔离液或者封隔器进行封堵裂缝和孔道。
本发明具有以下优点:
(1)超临界二氧化碳压裂无水相、无残渣、经济有效且地层适用范围广泛。本工艺利用超临界CO2的增能作用,在压裂的同时补充地层能量;
(2)超临界二氧化碳压裂通过造缝作用、溶解作用、吸附作用或者置换作用,有效提高油气藏的产量、采收率和生产速率;
(3)降低对现场施工环境以及设备的要求,不需要超临界压裂时的密闭式***,压裂施工难度低,有利于在非常规油气开发中推广应用;
(4)这种超临界CO2压裂和常规压裂混合工艺能更好地发挥压裂改造效果。
附图说明
图1是CO2的相态变化图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
本发明的一种超临界CO2压裂的新工艺,包括以下步骤:
(1)临界态CO2压裂液优选:采用CO2罐车运送,CO2储罐优选能够承压10MPa 左右,保证CO2在一定的温度和压力下处于液态,同时要有保温措施,维持CO2临态态最低温度。CO2罐车上可以安装制冷机,保证运输过程中以及泵入压裂车前的需要。CO2的运输压力一般可以控制在3-5MPa,温度控制在-20℃-5℃,这样保证运输安全。
(2)清井:利用清水或者洗井液循环洗井,并用通井规通井;
(3)射孔:通过连续油管将液态CO2输送到井中,通过压裂装置进行射孔使储层产生孔道;
(4)压裂处理:持续同时的泵注液态CO2和常规压裂液的携砂液,所述常规压裂液为滑溜水;
液态CO2将在井筒一定深度变成超临界CO2流体并对储层进行压裂,使储层产生裂缝;
其中液态CO2的排量泵注入大于3-10m3/min,滑溜水的排量为8-12m3/min。
(5)注入支撑剂:注入支撑剂,支撑剂随液态CO2进入所产生的裂缝,当进入裂缝的支撑剂达到预定数量时,停止混入支撑剂,停止泵入液态CO2,完成一段压裂作业;
(6)分段压裂:进行两段以上的压裂时,需要对已经压裂的裂缝和孔道进行隔离;避免在后续的压裂中泵注的混合压裂液大量涌入第一段裂缝,隔离液要具有较高粘度并且低滤失性能,尽量避免压裂时过多地渗入储层,同时要求压裂液在一定温度下可以水化,以便压裂完毕后返排。
(7)隔离处理:输入隔离液或者利用封隔器进行封堵裂缝和孔道;
(8)将油管上提到下一段压裂位置,然后重复步骤(3)、(4)、(5),完成下一段压裂作业;
(9)闷井处理:完成最后一步压裂作业后,在压裂处理后,进行闷井处理,对于稠油油藏,闷井时CO2降低原油黏度;对于页岩气、致密气储层,闷井时CO2充分进入孔隙或微裂缝置换煤层气和页岩气CH4,闷井后再开井生产。
(10)压后放喷返排:采用合适的油嘴控制放喷速度,防止CO2返排过快造成吐砂;使用CO2监测仪监测出口CO2浓度变化,当CO2浓度低于3.0%,视为返排完成,返排结束之后整个CO2压裂工艺结束。
本发明利用超临界CO2几乎为零的表面张力和极高的扩散系数而具有的很强的渗透能力,容易渗入较小的孔隙和微裂缝中,以在非常规的致密储层产生复杂裂缝,达到较好的压裂效果,较大程度地增加渗流面积,有效地驱替储层中的油气,进而提高油气藏采收率;对于气井,CO2分子与页岩气、煤层气等储层的吸附能力比CH4分子与储层的吸附能力强,而且临界态CO2在储层裂缝中流动性好,能够置换出被吸附的CH4分子,使吸附态的CH4变为游离态,从而使气井投产后在较长时间内保持较高的产量;超临界CO2流体密度大,有很强的溶解能力,能够溶解近井地带的重油组分及其他污染物,减小近井地带油气的流动阻力;超临界CO2压裂液中无水相,不会使地层产生蠕变现象,易返排且返排时无残渣残留,可以保护储层,增大储层渗透率;液态CO2良好的流动性,能够进入储层的微观孔隙和吼道,扩大波及范围,同时,由于液态二氧化碳更大的压缩性,在压裂后能够较快地释放弹性能量,对地层能量进行快速补充,实现CO2压裂与地层能量补充一体化,液态CO2的单位液量地层压力增幅为滑溜水压裂技术的2倍。
以上所述,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已通过上述实施例揭示,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种超临界CO2压裂的新工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)清井:循环洗井后并通井;
(2)射孔:通过连续油管将液态CO2输送到井中,通过压裂装置进行射孔使储层产生孔道;
(3)压裂处理:持续同时的泵入液态CO2和常规压裂液的携砂液;
(4)注入支撑剂:注入支撑剂,支撑剂随液态CO2进入所产生的裂缝,当进入裂缝的支撑剂达到预定数量时,停止混入支撑剂,停止泵入液态CO2,完成一段压裂作业;
(5)分段压裂:对已经压裂的裂缝和孔道进行隔离;
(6)隔离处理:对裂缝和孔道进行封堵;
(7)将油管上提到下一段压裂位置,然后重复步骤(2)-(4),完成下一段压裂作业;
(8)闷井处理:完成最后一步压裂作业后,在压裂处理后,进行闷井处理,闷井后再开井生产;
(9)压后放喷返排:采用油嘴控制放喷速度,防止CO2返排过快造成吐砂;使用CO2监测仪监测出口CO2浓度变化,当CO2浓度低于3.0%,返排完成,返排结束之后整个CO2压裂工艺结束。
2.根据权利要求1所述的一种超临界CO2压裂的新工艺,其特征在于,所述步骤(1)中采用清水或者洗井液循环洗井。
3.根据权利要求1所述的一种超临界CO2压裂的新工艺,其特征在于,所述步骤(3)中常规压裂液为滑溜水。
4.根据权利要求3所述的一种超临界CO2压裂的新工艺,其特征在于,所述液态CO2的排量泵注入大于3-10m3/min,滑溜水的排量为8-12m3/min。
5.根据权利要求1所述的一种超临界CO2压裂的新工艺,其特征在于,所述步骤(6)中采用隔离液或者封隔器进行封堵裂缝和孔道。
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