CO2清洁泡沫压裂液性能分析及其在油田和煤田开采中的应用研究

[摘 要] 压裂液在现在压裂施工中占有重要的地位，特别是在中老油气田都进入开发的中后期，低渗透致密油气田不断开发的情况下，如何选择和配置高效、清洁、价廉的压裂液已经是降低油气开采成本，提高油气田综合效益的必然选择。经过大量的实验研究和油田现场实践表明，CO2清洁泡沫压裂液体系在悬砂性能、降低滤失、保持支撑剂裂缝导流能力等方面都具有非常好的效果。为了从理论上对CO2清洁泡沫压裂液体系有一个更加深入的认识和了解，笔者通过对CO2清洁泡沫压裂液的基本理论以及性能特征进行了研究和分析，并分析了它在吉林油田的现场应用效果。

[关键词] 压裂液；CO2泡沫；压裂；油田应用

Abstract： Fracturing fluid in fracturing operation now occupies an important position， especially in Laos has entered middle and later periods of the development of oil and gas fields， under the condition of low permeability tight oil and gas field development， how to choose and configure efficient， clean， and cheap fracturing fluid has been lower down the cost of oil and gas， improve the comprehensive benefit of oil. After a great deal of experimental research and field practice shows that CO2 foam fracturing fluid system clean in suspended sand performance， reduce the fluid loss， and maintaining the proppant fracture diverting capacity has the very good effect. To theoretically to clean CO2 foam fracturing fluid system have a more in-depth knowledge and understanding， the author based on the basic theory of CO2 foam fracturing fluid clean and performance characteristics of the research and analysis， and analyses its field application effect in Jilin oilfield.

Keywords： Fracturing fluid； CO2 foam； Fracturing； Oil application

压裂是现代低渗透致密油气藏的主要增产手段，而压裂液的类型和性能直接关系到压裂施工成败及压裂效果的好坏[1]。压裂液的使用经历了一个不断发展的过程，最初比较流行的是三种水基压裂液：合成聚合物压裂液、天然植物胶压裂液、纤维素压裂液[2]。但是他们穿透能力相对较弱。为此，业内又提出了交联压裂液，它给深层高温地层的压裂带来了很大的便利，但是它的地面交联性质会使得粘度永久损失，造成浪费，在80年代，又提出了延迟交联技术，它保证了压裂液的有效粘度，提高了施工效率，是压裂液发展的一个重大进步。另外，到上世纪九十年代，陆续出现了纯 CO2 压裂液、胶束无固相压裂液、田菁胶压裂液、甲叉基聚丙烯酰胺压裂液、CMC铬冻胶压裂液、改性田菁胶压裂液等压裂液体系，但是这些类型的压裂液都存在一些不可避免的缺点和劣势，比如溶解困难、粘度较低、伤害严重、残渣含量高等缺陷。瓜尔胶稠化剂、胶囊破胶剂、有机硼交联剂[3]以及香豆胶稠化剂[4-6]的开发为新型水基压裂液的研发提供了物质基础和条件，在国内科技人员的努力下，植物胶水基压裂液[7-8]应运而生。但是从支撑剂裂缝导流能力方面来说，泡沫压裂液具有比较重要的地位[9]。CO2泡沫压裂液以其特殊的优势已经在现在国内外油田上得到了广泛的应用[10-12]，为了更好地认识和了解CO2泡沫压裂液，本文对泡沫压裂液的基本理论以及性能特征进行了研究和分析，并在此基础上，对CO2清洁泡沫压裂液的现场应用效果进行评价，指出了CO2清洁泡沫压裂液在现场应用上具有很高的价值。

1 CO2清洁泡沫压裂液基本理论

CO2的泡沫质量是CO2清洁泡沫压裂液的关键，通常来说，只有泡沫质量处于52%～96%之间时的压裂液才能称为是CO2清洁泡沫压裂液，否则称之为增能压裂。CO2清洁泡沫压裂液比常规压裂液具有非常明显的优势，在同等情况下，它具有携砂能力强、滤失量低、对地层伤害小、压裂液用量少、易返排等优势和特点， 特别是对于低压、低渗的水敏性储层具有更加明显的效果。CO2清洁泡沫压裂液是由交联冻胶和液态CO2组成，国内根据现有化工技术和经济条件采用羟丙基瓜尔胶作为配置压裂液的稠化剂，由于工业化技术比较成熟国外通常使用他们制造的羧甲基羟丙基瓜尔胶作为配置CO2清洁泡沫压裂液的稠化剂，在使用效果上存在一定的差别。另外，一般使用羟丙基瓜尔胶的水基压裂液是在碱性环境下进行交联，在酸性环境下破胶，而CO2清洁泡沫压裂液与之相反，它的pH值处于3～4之间。通过大量的室内试验和现场施工实践，在国内已经形成了CO2清洁泡沫压裂液的经典配方，主要如下有以下材料及其用量组成：1.5%-2.0%的AC-8酸联剂、1.0%粘土稳定剂、1.0%FL-36起泡剂、0.003%-0.06%的过硫酸铵、0.3%DL-10助排剂、0.1%的杀菌剂、0.65%-0.70%的GRJ改性瓜胶。这些用量和材料构成了CO2清洁泡沫压裂液的主体成分，在具体井场应用时还要进行具体修正。

2 CO2泡沫压裂液的基本特性及其实验分析评价

为了对CO2清洁泡沫压裂液在低压、低渗、水敏性储层的良好适用性进行说明，笔者通过以下几个方面对CO2清洁泡沫压裂液的性能进行分析，并通过实验操作和结果数据对其性能进行评价说明。

（1） CO2清洁泡沫压裂液的抗温性能

笔者通过室内试验测试了二氧化碳泡沫质量为65%的压裂液的流变性能，并绘制了下图1。从图中我们可以发现当温度从300C升高到1100C时，在一定的剪切速率下，压裂液的表观粘度下降比较厉害，但是仍然具有很高的数值。

（2） CO2清洁泡沫压裂液的抗温抗剪切性能

通过调节不同温度，利用RV20旋转粘度计对压裂液的抗剪切性能进行了测试，其中压裂液的泡沫质量为65%、剪切速率为170s-1。结果如下表1：

3 CO2清洁泡沫压裂液的现场应用

根据前文对CO2清洁泡沫压裂液性能的实验研究和评价，我们可知它在现场具有很好的实用性，笔者所介绍的该种压裂液在吉林油田得到了很好的应用。在施工中，采用泡沫质量为65%的压裂液，当施工排量为3.0m3/min时，施工压力很低，只有21～

30MPa，同时，最高砂比为58.9%，加砂量能够达到25m3，最终施工获得成功并且破胶彻底，压后排液比较快。它在吉林油田的实例应用进一步说明了该压裂液具有伤害小、携砂能力强、施工摩阻低、增产效果好等优点。

4 结论

本文通过对泡沫压裂液的基本理论、性能试验评价进行研究和分析，得出了CO2清洁泡沫压裂液具有携砂能力强、滤失量低、对地层伤害小、压裂液用量少、易返排等优势和特点，特别是对于低压、低渗的水敏性储层具有更加明显的效果。并通过在吉林油田的现场应用对此进行了证明，因此，为了更好地保护储层和提高油气田经济效益，应当加强对CO2清洁泡沫压裂液的研究和应用。

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