CO2增能压裂在低渗透储层的应用

2021-02-25 14:34陈彦楠王志民
石油化工应用 2021年1期
关键词:压裂液物性液态

张 朔,谢 军,赵 勖,孙 蒙,陈彦楠,王志民

(中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司,天津 300283)

在页岩油气藏的压裂储层改造过程中,由于储层致密能量传递慢导致压后返排率较低降低裂缝的导流能力,影响了储层改造效果[1,2]。目前我国页岩油气藏渗透率一般低于10×10-3μm2,孔隙度小于10%,由于CO2具有较好的物理特性和储层增产效果,往往被用于增能压裂提高储层改造效果。CO2具有来源广泛、扩散能力强、储层保护效果好、增加返排能量等优点,可以作为压裂液的组成成分或者作为前置段塞增能使用。20世纪60 年代,美国首先进行了CO2压裂技术研究,并在70 年代现场应用[3]。在80 年代CO2压裂技术在北美得到较快的发展,到了90 年代,北美80%的气井和30%的油井采用了CO2增产技术进行改造,并且增产效果在50%以上。新世纪,随着我国页岩油藏的开发,CO2由于其优良增产效果得到较快的发展和应用[4,5]。CO2的物理特性和增产作用机理主要由以下几个方面:

(1)气化膨胀:液态CO2挤入地层之后,在井下高温条件下迅速气化膨胀,在不同的温度和压力下体积可膨胀100~500 倍。气化后的CO2与前置液中的表面活性剂可以形成泡沫,极大的降低压裂液的滤失。

(2)液态CO2进入近井地带形成具有较高可压缩性的气体,提供返排的能量,有利于降低储层损害,提高地层储量。

(3)CO2在扩散过程中会溶解于原油当中,发生传质作用,大大增加原油的流动性。

(4)CO2与水溶液结合后呈弱酸性,从而降低地层水的pH 值抑制储层黏土矿物的膨胀性,溶解部分储层中的碳酸岩,从而提高储层渗透率。

1 CO2-原油体系PVT 相态分析

为了考察CO2对油藏原油的物性产生的影响,采用高温高压可视地层PVT 流体相态分析仪(比莱石油仪器公司)进行CO2-地层原油相态分析。试验步骤如下:

(1)将冀东油田NAB280-43 井沙河街组III 段油藏原油样品放入PVT 分析仪中,在油藏温度90 ℃,20 MPa 压力下测试原油体积,然后降低压力至饱和压力后测量油样体积。

(2)在饱和压力下在PVT 分析仪中注入一定量的CO2,然后升压至CO2全部溶解在原油当中,达到新的饱和压力。

(3)对CO2-原油体系的物性参数(密度、黏度、组分、饱和压力、体积膨胀系数等)进行测量后,改变压力和温度,在达到新的饱和点后测量新的CO2-原油体系的物性参数(见表1)。

由表1 可以看出,注入CO2后CO2-原油体系的饱和压力逐步变大且随着注入量的增加,饱和压力的增加幅度也在增加,当注入30 mol/mol%的CO2时,CO2-原油体系的饱和压力从15.6 MPa 增加至26.93 MPa;当注入50 mol/mol%的CO2时,CO2-原油体系的饱和压力从19.8 MPa 增加至33.85 MPa。当CO2注气比例为20 mol/mol%的时候,原油的膨胀因子为1.061,CO2-原油体系的膨胀比例为1.068;当CO2注气比例为50 mol/mol%的时候,原油的膨胀因子为1.318,CO2-原油体系的膨胀比例为1.345,由此可见,CO2-原油体系膨胀因子也随着注入比例的增大而增大,说明注入气增容膨胀驱油效果明显。当CO2注气比例为30 mol/mol%的时候,原油的溶解气油比为315.2,CO2-原油体系的溶解气油比为725.6;当CO2注气比例为50 mol/mol%的时候,原油的溶解气油比为412.8,CO2-原油体系的溶解气油比为997.6。在高温条件下,CO2-原油体系溶解气油比也随着注入比例的增大而明显增加,CO2更多地溶解于原油形成单相。综上所述,CO2-原油体系饱和压力、气油比、膨胀因子均高于原油体系,在压力变低的条件下,气体对原油明显的增能膨胀作用,适合于致密油的返排并提高压裂效果。

2 CO2 前置增能压裂

该产层CO2增能压裂工艺以液态CO2和滑溜水压裂液组成的压裂液体系,优化CO2用量来达到降低储层损害,增加返排能量,提高储层改造效果的目的,压裂过程(见图1)。CO2增能压裂设备除了常规压裂设备外还需要增加液态CO2储存、缓冲、泵注等设备,主要分为以下几个步骤:

(1)井场准备。将CO2储存罐、缓冲罐、压裂车、压裂液等设备如图1 所示在井场准备完毕。

(2)连接设备。连接管汇,对高压管汇及井口试压35 MPa。

表1 CO2 对原油物性的影响

图1 液态CO2 增能压裂示意图

表2 现场试验井压裂效果对比

(3)泵注。按照压裂施工设计,依次泵注前置液,液态CO2,压裂液。

(4)测压降。压裂结束后,测量48 h 之内井筒压力变化情况。

为了充分发挥CO2与井底原油的传质作用,并结合井底温度及储存岩石物性,管井三天后放喷。CO2压裂设计采用三维压裂设计软件FracproPT 进行参数模拟计算,主要考虑因素压裂液流变性、滤失量、流速场、井筒温度和裂缝温度分布,支撑剂加量等因素,确定液态CO2排量0.5~1 m3/min,加量200~300 m3,压裂液排量在3.0~4.0 m3/min,加砂量40~50 m3,砂比20%~30%,设计缝高35~40 m,缝长90~120 m。

3 现场应用

该技术在冀东、大港、长庆油田进行了现场应用,结果(见表2)。从表2 可以看出CO2具有较好的增产效果。使用CO2增能以后,六口试验井返排率均达到88%以上,原油增产最高达到68 t,投入产出比在1:2.5以上,具有较好的压裂效果,取得较好的经济效益。

4 结论和认识

(1)CO2可以有效降低原油黏度、抑制黏土膨胀、增加地层流体流动性等优点,能够增加致密油藏的压裂储层改造效果。

(2)对CO2-原油体系PVT 相态进行分析可以看出,注入后CO2-原油体系的饱和压力、气油比、膨胀因子均高于原油体系,气体对原油明显的增能膨胀作用,适合于致密油的返排并提高压裂效果。

(3)使用CO2增能以后,六口试验井返排率均达到88%以上,原油增产最高达到68 t,投入产出比在1:2.5以上,具有较好的压裂效果,取得较好的经济效益。

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