CN115822539B - 一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，属于石油开采中的水力压裂领域。本发明是将超临界二氧化碳喷射压裂和泡沫压裂技术结合，首先，超临界二氧化碳粘度低、扩散能力强，采用超临界二氧化碳喷射压裂储层能形成更为复杂的裂缝网络；其次，通过高流速超临界二氧化碳冲击携砂液形成超临界二氧化碳泡沫并利用泡沫携带支撑剂进入裂缝深部，克服了传统泡沫压裂施工摩阻高和超临界二氧化碳携砂难的问题；此外，所使用的压裂材料不包含固相物质和高分子物质，对储层的伤害低。本发明克服了传统压裂液中造缝能力强、携砂性好、对储层伤害低不能兼得的缺点，特别适用于低渗透储层的压裂增产改造。
Description
技术领域
本发明属于石油开采中的水力压裂领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法。
背景技术
近年来，随着世界油气勘探开发的不断深入，页岩气、煤层气、致密油、致密气等非常规能源已经成为21世纪的能源战略目标，但绝大多非常规油气储层渗透率低，获得工业油气流的难度大，为了获得具有经济价值的非常规油气资源，需要对这些非常规储层进行压裂改造。目前，水力压裂已经广泛应用于非常规油气储层的增产作业，但非常规储层的渗透率普遍低于1mD,虽然常规水力压裂也能改善渗流通道，但是常规水基压裂液中含有大量的聚合物，聚合物接触储层后会吸附于储层之上，对储层造成不可逆转的伤害；此外，大量的自由水进入储层，引起储层粘土矿物水化膨胀，导致储层渗透率进一步下降。超临界二氧化碳喷射压裂是一种新型低伤害压裂技术，该技术是将超临界二氧化碳作为压裂液，利用超临界二氧化碳喷射压裂工具，在射孔处位置形成高压，当压力高于地层破裂压力时，储层产生大量裂缝。相比于常规水基压裂液，超临界二氧化碳基本不会对储层造成伤害；此外，超临界二氧化碳还具有高扩散性和低粘度的特点，其高扩散性使超临界二氧化碳能更容易进入孔隙，形成更复杂的裂缝；其低粘度性，可显著减小连续油管中的流动助力，从而保证井下喷射设备获得足够的水力压力。
作为压裂液，超临界二氧化碳的主要功能之一就是将支撑剂输送到裂缝深处，防止裂缝闭合。但超临界二氧化碳具有低粘性，携砂效果差，通常在近井地带就会发生大规模沉降，无法起到支撑裂缝的作用。目前解决这一问题的方法是向超临界二氧化碳中加入聚合物，但是这些聚合物都存在用量大，对地层伤害性高等问题。目前还没有一种造缝能力强、携砂性好，对储层伤害低的压裂方法。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，结合超临界二氧化碳喷射压裂技术和泡沫压裂技术，形成一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法。该方法具有造缝能力强、携砂性能好、对储层伤害小的特点，克服了传统压裂液造缝能力、携砂性、低伤害性不能兼得的缺点。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，包括如下步骤：
步骤a，根据施工需求提前准备好施工材料和施工工具，所述施工材料包括液态二氧化碳、发泡基液、支撑剂、顶替液；所述施工工具包括超临界二氧化碳喷射压裂工具和连续油管；
步骤b，使用连续油管将超临界二氧化碳喷射压裂工具下到射孔处，向连续油管中注入纯净的液态二氧化碳，注入排量为6.0-12.0m3/min；所述液态二氧化碳在连续油管中的温度和压力逐渐升高，最终成为超临界二氧化碳；所述超临界二氧化碳通过超临界二氧化碳喷射压裂工具的喷嘴喷射压裂储层，形成人工裂缝，喷射过程中，喷射压力为40-90MPa，喷射速度大于100m/s；
步骤c，将发泡基液与支撑剂在混砂罐中混合，形成携砂液，携砂液砂比为20-40％。
步骤d，当压裂泵车上的施工曲线明显下降后，向连续油管中以3.0-6.0m3/min的排量泵注液态二氧化碳，并同时向油套环空以6.0-10.0m3/min的排量泵注携砂液，此时，超临界二氧化碳的喷射压力为20-40MPa，喷射速度为30-60m/s；在射孔处，高流速的超临界二氧化碳冲击携砂液，形成超临界二氧化碳泡沫，泡沫砂比为10-30％，在环空压力及喷射压力的作用下，超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入人工裂缝，防止人工裂缝闭合；
步骤e，当携砂液用量达到设计用量时，停止泵注携砂液，并向油套环空中泵注顶替液，将油套环空中的携砂液全部顶替到人工裂缝当中，顶替完毕后，停止泵注液态二氧化碳，关闭超临界二氧化碳喷射压裂工具，完成压裂改造。
优选的，所述的携砂液为发泡基液和支撑剂的混合液。
优选的，所述的发泡基液为1-10wt％多功能剂、0.1-1wt％起泡剂、0.08-0.2wt％助表面活性剂、0.5-3.5wt％缓蚀剂、0.5-2.5wt％粘土稳定剂、0.5-5wt％粘度调节剂的混合水溶液。
优选的，所述多功能剂为芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱、芥酸酰胺丙基甜菜碱一种或二者混合物，所述多功能剂不仅能提高携砂液的粘度防止支撑剂在油套环空中沉降，而且还能提高泡沫的稳定性有利于超临界二氧化碳泡沫将支撑剂携带到人工裂缝深部。
优选的，所述起泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠的至少一种。
优选的，所述助表面活性剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁二醇中的至少一种。
优选的，所述缓蚀剂为咪唑啉、亚硝酸二环已氨、乌洛托品、苯甲酸钠中的至少一种。
优选的，所述粘土稳定剂为氯化钾。
优选的，所述粘度调节剂为氯化钠、氯化钙、氯化镁中的一种。
优选的，所述支撑剂为低密度陶粒支撑剂或石英砂支撑剂，粒径为40-70目或70-140目中的一种或多种组合。
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
(1)本发明提供的一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，该方法采用连续油管喷射超临界二氧化碳进行破岩造缝；接着在油套环空中注入混有支撑剂的泡沫基液，在超临界二氧化碳的冲击下，在射孔处形成可携带支撑剂的超临界二氧化碳泡沫，利用超临界二氧化碳泡沫强有力的携砂能力进一步延伸裂缝，并将支撑剂携带入裂缝深处，克服了超临界二氧化碳携砂难的问题。
(2)对于常规泡沫携砂，需要将支撑剂和发泡基液在地面混合搅拌形成泡沫，再通过井筒注入储层，这一过程施工摩阻高，需要大量的泵注设备，耗费大量的施工时间，而本发明的起泡方法是通过高流速超临界二氧化碳在射孔处冲击携砂液，可直接在目标压裂层位形成超临界二氧化碳泡沫，一方面大大缩短了施工时间，减少了施工设备的使用，降低了作业成本，另一方面其优秀的起泡和稳泡性能也能保证支撑剂的良好输运，解决了超临界二氧化碳泡沫压裂施工复杂、施工摩阻高等问题；
(3)本发明是向连续油管中注入液态二氧化碳，向油套环空中注入携砂液，施工过程中不用停泵，简化了施工工序；
(4)超临界二氧化碳流体粘度非常低，具有高扩散特性，在连续油管中的流动阻力小，泵送压力低，同时，在低渗储层中，超临界二氧化碳能够进入常规水基压裂液无法进入的微孔隙和微裂缝，从而使储层产生更多更复杂的裂缝，增大泄油面积，提高单井产量和采收率；
(5)本发明提供的一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，所用压裂液材料不含固相颗粒也不含大分子物质，不会引起固相堵塞，特别适用于低渗储层；
(6)大量的二氧化碳进入储层，为储层提供了能量，有利于储层液体的充分返排；
(7)超临界二氧化碳有很强的溶剂化能力，它能够溶解近井地带的重油组分和其他有机物，减小近井地带油气流动阻力。
附图说明
图1为本发明的一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法施工示意图。
其中：1-连续油管、2-超临界二氧化碳喷射压裂工具、3-射孔处、4-井口、5-储层、6-油套环空、7-喷嘴、8-人工裂缝、9-套管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，该方法使用连续油管1将超临界二氧化碳压裂喷射工具2下到射孔处3，超临界二氧化碳喷射压裂改造储层，形成人工裂缝8；从井口4向油套环空6中泵注携砂液，同时向连续油管1中泵注液态二氧化碳，利用从超临界二氧化碳喷射压裂工具2喷射出的高流速超临界二氧化碳冲击携砂液，形成超临界二氧化碳泡沫，超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入人工裂缝8，防止人工裂缝闭合，完成储层压裂改造。
本发明提供一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，将超临界二氧化碳喷射压裂和泡沫压裂技术结合，采用超临界二氧化碳喷射破岩造缝，并通过冲击携砂液形成混有支撑剂的超临界二氧化碳泡沫，利用超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入裂缝深部，克服了超临界二氧化碳携砂难的问题；同时本发明所使用的压裂材料不包含固相物质和高分子物质，不会对储层造成伤害；克服了传统压裂液造缝能力、携砂性、低伤害性不能兼得的缺点。
实施例1
一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，具体实施步骤为：
步骤a，根据施工需求，完成施工准备：准备施工工具，包括连续油管1和超临界二氧化碳喷射压裂工具2；准备压裂施工材料，包括液态二氧化碳、发泡基液、支撑剂、顶替液；
在本实施例中，所述发泡基液包括：2.0wt％多功能剂、0.2wt％起泡剂、0.1wt％助表面活性剂、0.6wt％缓蚀剂、1.5wt％粘土稳定剂、3.0wt％粘度调节剂；
优选的，所述多功能剂为芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱；
优选的，所述起泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；
优选的，所述助表面活性剂为甲醇；
优选的，所述缓蚀剂为咪唑啉；
优选的，所述粘土稳定剂为氯化钾；
优选的，所述粘度调节剂为氯化钙；
优选的，所述支撑剂为低密度陶粒支撑剂，支撑剂粒径为70-140目。
步骤b，将连续油管1、超临界二氧化碳喷射压裂工具2，密闭连接；使用连续油管1将超临界二氧化碳喷射压裂工具2经井口4下到射孔处3，向连续油管1中泵注液态二氧化碳，泵注排量为12.0m3/min。泵注的液态二氧化碳在流向地层的过程中，温度压力逐渐升高，当温度高于31.1℃，压力高于7.38MPa时，二氧化碳变为超临界态，超临界二氧化碳通过超临界二氧化碳喷射压裂工具的喷嘴7喷射压裂储层，形成人工裂缝，喷射过程中，喷射压力为90MPa，喷射速度为160m/s。
步骤c，通过地面混砂罐将发泡基液与低密度陶粒支撑剂混合，形成携砂液,携砂液的砂比为35％。
步骤d，当压裂泵车上的施工曲线明显下降后，降低液态二氧化碳的泵注排量，并同时向油套环空6中以8m3/min的排量泵注携砂液；在射孔处3，高流速的超临界二氧化碳冲击携砂液，形成超临界二氧化碳泡沫，并在环空压力及喷射压力的作用下，超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入人工裂缝8，防止人工裂缝闭合；
具体的，此时泵注液态二氧化碳的目的使为了在射孔处形成超临界二氧化碳泡沫，泵注排量不需要过高，排量为4.0m3/min时，喷射压力达到28MPa，喷射速度达到40m/s，能有效的冲击携砂液形成超临界二氧化碳泡沫，形成的泡沫砂比为25％；
具体的，当高流速超临界二氧化碳冲击携砂液形成泡沫时，超临界二氧化碳相与水相混合会降低砂比，因此在砂比设计时，需要设计高砂比的携砂液，从而保证形成超临界二氧化碳泡沫后泡沫砂比依然能达到施工要求。
步骤e，当携砂液用量达到设计用量时，停止泵注携砂液，并向油套环空6中泵注顶替液，将油套环空中的携砂液全部顶替到人工裂缝当中，防止砂堵；顶替完毕后，停止泵注液态二氧化碳，关闭超临界二氧化碳喷射压裂工具2，完成压裂改造。
实施例2
一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，具体实施步骤为：
步骤a，根据施工需求，完成施工准备：准备施工工具，包括连续油管1和超临界二氧化碳喷射压裂工具2；准备压裂施工材料，包括液态二氧化碳、发泡基液、支撑剂、顶替液；
在本实施例中，所述发泡基液包为：4.0wt％多功能剂、0.15wt％起泡剂、0.12wt％助表面活性剂、2.5wt％缓蚀剂、2.0wt％粘土稳定剂、3.0wt％粘度调节剂；
优选的，所述多功能剂为芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱；
优选的，所述起泡剂为α-烯基磺酸钠；
优选的，所述助表面活性剂为乙醇；
优选的，所述缓蚀剂为苯甲酸钠；
优选的，所述粘土稳定剂为氯化钾；
优选的，所述粘度调节剂为氯化镁；
优选的，所述支撑剂为石英砂支撑剂，支撑剂粒径为70-140目。
步骤b，将连续油管1、超临界二氧化碳喷射压裂工具2，密闭连接；使用连续油管1将超临界二氧化碳喷射压裂工具2经井口4下到射孔处，向连续油管1中泵注液态二氧化碳，泵注排量为10.0m3/min。从井口4泵注的液态二氧化碳在流向地层的过程中，温度压力逐渐升高，当温度高于31.1℃，压力高于7.38MPa时，二氧化碳变为超临界态，超临界二氧化碳通过超临界二氧化碳喷射压裂工具的喷嘴7喷射压裂储层，形成人工裂缝，喷射过程中，喷射压力为75MPa，喷射速度为140m/s。。
步骤c，通过地面混砂罐将发泡基液与石英砂支撑剂混合，形成携砂液,携砂液的砂比为30％。
步骤d，当压裂泵车上的施工曲线明显下降后，降低液态二氧化碳的泵注排量，并同时向油套环空6中以7.5m3/min的排量泵注携砂液；在射孔处3，高流速的超临界二氧化碳冲击携砂液，形成超临界二氧化碳泡沫，并在环空压力及喷射压力的作用下，超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入人工裂缝8，防止人工裂缝闭合；
具体的，此时泵注液态二氧化碳的目的使为了在射孔处形成超临界二氧化碳泡沫，泵注排量不需要过高，当排量为5.0m3/min时，喷射压力达到36MPa，喷射速度达到50m/s，能有效的冲击携砂液形成超临界二氧化碳泡沫，形成的泡沫砂比为20％；
具体的，当高流速超临界二氧化碳冲击携砂液形成泡沫时，超临界二氧化碳相与水相混合会降低砂比，因此在砂比设计时，需要设计高砂比的携砂液，从而保证形成超临界二氧化碳泡沫后泡沫砂比依然能达到施工要求。
步骤e，当携砂液用量达到设计用量时，停止泵注携砂液，并向油套环空6中泵注顶替液，将油套环空中的携砂液全部顶替到人工裂缝当中，防止砂堵；顶替完毕后，停止泵注液态二氧化碳，关闭超临界二氧化碳喷射压裂工具2，完成压裂改造。
实施例3
一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，具体实施步骤为：
步骤a，根据施工需求，完成施工准备：准备施工工具，包括连续油管1和超临界二氧化碳喷射压裂工具2；准备压裂施工材料，包括液态二氧化碳、发泡基液、支撑剂、顶替液；
在本实施方式中，所述发泡基液包为：4.5wt％多功能剂、0.1wt％起泡剂、0.12wt％助表面活性剂、2.6wt％缓蚀剂、2.3wt％粘土稳定剂、3.5wt％粘度调节剂；
优选的，所述多功能剂为芥酸酰胺丙基甜菜碱；
优选的，所述起泡剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠；
优选的，所述助表面活性剂为丁二醇；
优选的，所述缓蚀剂为亚硝酸二环已氨；
优选的，所述粘土稳定剂为氯化钾；
优选的，所述粘度调节剂为氯化钙和氯化镁；
优选的，所述支撑剂为低密度陶粒支撑剂，支撑剂粒径为70-140目。
步骤b，将连续油管1、超临界二氧化碳喷射压裂工具2，密闭连接；使用连续油管1将超临界二氧化碳喷射压裂工具2经井口4下到射孔处，向连续油管1中泵注液态二氧化碳，泵注排量为8.0m3/min。从井口4泵注的液态二氧化碳在流向地层的过程中，温度压力逐渐升高，当温度高于31.1℃，压力高于7.38MPa时，二氧化碳变为超临界态，超临界二氧化碳通过超临界二氧化碳喷射压裂工具的喷嘴7喷射压裂储层，形成人工裂缝，喷射过程中，喷射压力为65MPa，喷射速度为120m/s。
步骤c，通过地面混砂罐将发泡基液与低密度陶粒支撑剂混合，形成携砂液,携砂液的砂比为25％。
步骤d，当压裂泵车上的施工曲线明显下降后，降低液态二氧化碳的泵注排量，并同时向油套环空6中以7.0m3/min的排量泵注携砂液；在射孔处3，高流速的超临界二氧化碳冲击携砂液，形成超临界二氧化碳泡沫，并在环空压力及喷射压力的作用下，超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入人工裂缝8，防止人工裂缝闭合；
具体的，此时泵注液态二氧化碳的目的使为了在射孔处形成超临界二氧化碳泡沫，泵注排量不需要过高，当排量为6.0m3/min时，喷射压力达到42MPa，喷射速度达到60m/s，能有效的冲击携砂液形成超临界二氧化碳泡沫，形成的泡沫砂比为18％；
具体的，当高流速超临界二氧化碳冲击携砂液形成泡沫时，超临界二氧化碳相与水相混合会降低砂比，因此在砂比设计时，需要设计高砂比的携砂液，从而保证形成超临界二氧化碳泡沫后泡沫砂比依然能达到施工要求。
步骤e，当携砂液用量达到设计用量时，停止泵注携砂液，并向油套环空6中泵注顶替液，将油套环空中的携砂液全部顶替到人工裂缝当中，防止砂堵；顶替完毕后，停止泵注液态二氧化碳，关闭超临界二氧化碳喷射压裂工具2，完成压裂改造。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a，根据施工需求提前准备好施工材料和施工工具，所述施工材料包括液态二氧化碳、发泡基液、支撑剂、顶替液；所述施工工具包括超临界二氧化碳喷射压裂工具和连续油管；
步骤b，使用连续油管将超临界二氧化碳喷射压裂工具下到射孔处，向连续油管中注入纯净的液态二氧化碳，泵注排量为6.0-12.0m3/min；所述液态二氧化碳在连续油管中的温度和压力逐渐升高，最终成为超临界二氧化碳；所述超临界二氧化碳通过超临界二氧化碳喷射压裂工具的喷嘴喷射压裂储层，形成人工裂缝，喷射过程中，喷射压力为40-90MPa，喷射速度大于100m/s；
步骤c，将发泡基液与支撑剂在混砂罐中混合，形成携砂液，携砂液砂比为20-40％；
步骤d，当压裂泵车上的施工曲线明显下降后，向连续油管中以3.0-6.0m3/min的排量泵注液态二氧化碳，并同时向油套环空以6.0-10.0m3/min的排量泵注携砂液，此时，超临界二氧化碳的喷射压力为20-40MPa，喷射速度为30-60m/s；在射孔处，高流速的超临界二氧化碳冲击携砂液，形成超临界二氧化碳泡沫，泡沫砂比为10-30％，在环空压力及喷射压力的作用下，超临界二氧化碳泡沫携带支撑剂进入人工裂缝，防止人工裂缝闭合；
步骤e，当携砂液用量达到设计用量时，停止泵注，并向油套环空中泵注顶替液，将油套环空中的携砂液全部顶替到人工裂缝当中，顶替完毕后，停止泵注液态二氧化碳，关闭超临界二氧化碳喷射压裂工具，完成压裂改造。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，其特征在于，所述的携砂液为发泡基液和支撑剂的混合液。
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，其特征在于，所述的发泡基液为1-10wt％多功能剂、0.1-1wt％起泡剂、0.08-0.2wt％助表面活性剂、0.5-3.5wt％缓蚀剂、0.5-2.5wt％粘土稳定剂、0.5-5wt％粘度调节剂的混合水溶液。
4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，其特征在于，所述多功能剂在粘度调节剂的作用下能形成蠕虫状胶束，提高携砂液的粘度，防止支撑剂在油套环空中大量沉降；当携砂液在超临界二氧化碳的冲击下形成泡沫后，多功能剂形成的蠕虫状胶束吸附在超临界二氧化碳泡沫的界面上，提高超临界二氧化碳泡沫稳定性，有利于超临界二氧化碳泡沫将支撑剂携带到人工裂缝深部。
5.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，其特征在于，所述多功能剂为芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱、芥酸酰胺丙基甜菜碱一种或二者混合物；
所述起泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠中的至少一种；
所述助表面活性剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁二醇中的至少一种；
所述缓蚀剂为咪唑啉、亚硝酸二环已氨、乌洛托品、苯甲酸钠中的至少一种；
所述粘土稳定剂为氯化钾；
所述粘度调节剂为氯化钠、氯化钙、氯化镁中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳喷射复合泡沫携砂压裂方法，其特征在于，所述支撑剂为低密度陶粒支撑剂或石英砂支撑剂，粒径为40-70目或70-140目中的一种或多种组合。
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