泡沫压裂液研究进展Word格式.docx

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泡沫压•裂液；

二氧化破；

氛气；

流变性；

植物胶；

压裂；

胶联

中图分类号：

TE357.1P 文献标识码：

B 文章编号：

1006-768X（2008）05-0129-04

万方数据

收福日期：

2008-06-15

作者简介：

谭明文（I964-）,高级工程师，博士，现任中石化石油T.程西南有限公司井下作业分公司总工程师,分公司副经理，从事酸化压裂、测试等井下作业工艺研究及技术管理工.作。

地址:

（618000）四川省德阳市淮河街112,电iS：

13808100720,E-mail:

hexinggui®

yahoo,cn

泡沫压裂液是在常规植物胶压裂液基础上混拌高浓度的液态n2或C02等组成的以气相为内相、液相为外相的低伤害压裂液。

气体泡沫质量（在给定温度和压力下，气体体积占泡沫体积百分比）⑴多为50%-70%,泡沫质量小于52%时为增能体系，一般用作常规压裂后的尾追液⑵，以帮助压后残液的返排;

气泡质量大于52%时，内相气泡颗粒小，稳定性好,半衰期（从泡沫中分离出一半液体所需要的时间）长，分布均匀，流动时气泡与气泡相互接触,相互干扰，使其黏度大，携砂能力强;

泡沫压裂液中液相比例小，一般只有30%~50%⑶，压裂中大大降低了液相在地层中的滤失量，伤害性小;

泡沫压裂液注入地层后泡沫被压缩,体系聚积能量（压力），压裂结束后聚集的能量使气体膨胀，向外反顶压裂液残液，驱使残液快速而彻底返排，并将缝中残渣带出井筒;

泡沫压裂液在井筒中能形成气流与管壁的滑流层而处于层流状态⑷，其流动摩阻小，只有常规压裂液的30%~40%。

泡沫压裂液的这些优点,特别适用低温、低压、水敏或水锁等敏感性强的油气井的压裂改造，目前国外泡沫压裂液的应用比例达30%-50%1410展望泡沫压裂液在国内外的研究进展及应用现状，对解决川西低渗致密岩石气藏低温低压气井压裂改造中的储层伤害问题具有重要的指导意义。

一、国外泡沫压裂液研究进展

国外泡沫压裂液流体的研究始于20世纪70年代,1970年,MitchellBJ,研究了泡沫流体的流变学特性⑸;

1976年,LiplionD,BurnetDB,对修井液与完井液中使用的聚合物进行了比较研究㈤，1983年,HirasakiGJ.等人研究了多孔介质中泡沫流体的毛细骨滑流黏滞性机理,GrundmannSR对泡沫压裂液的起泡剂进行了研究⑺^'

WatkinsEK.Wen-dorffCL.AlnleyBR.研究开发出了一种新的交联泡沫压裂液体系⑼；

1985年,HarrisPC.对嗖泡沫压裂液体系的流动摩阻损失进行了研究1，0）;

1986年、1987年、1997年,ReidenbachVG,等人先后三次对皓和C02泡沫压裂液的流变性进行了研究1，,J-t，J）；

1987年.CawiezelKE.NiiesTD.率先两次模拟井下条件研究了泡沫压裂液的流变性〔心质，Phi】lipC.等人研究开发出了一种高质量的泡沫压裂液体系'

的;

1989年、1994年.HarrisPC.分别就泡沫的气泡结构对泡沫压裂液流变性的影响和交联泡沫压裂液流变学特性进行了研究［，7］-（，，］;

1995年，DurianDJ,MasonTG,MasonTG,BibetteJ,WeitzDA,EnzendorferC.分别就泡沫的气泡尺寸对泡沫压裂液物理特性的影响‘回、泡沫乳胶压裂液的压缩弹性⑵」、泡沫流体的管流黏滞性进行了研究"

；

1996年,HarrisPC,HeathSJ.研究了欠平衡钻井下水基泡沫压裂液的流变性1221；

1999年,HerzhaftB.对水基泡沫压裂液的流变学特征进行了研究⑵1；

2000年.HarrisPC,PippinPM.在1996年HarrisPC,HeathSJ.研究基础匕，再次研究了泡沫压裂液流动的管线摩阻和孔眼摩阻〔为；

2001年,AbubMS.等人也对植物胶泡沫压裂液的流变学特性进行了研究四）；

2004年,SunQC,StefanH.对液相泡沫流体气泡晶格结构的二维模式进行了研究国。

回顾国外泡沫压裂液研究历程，早在20世纪70年代,泡沫压裂液就在美国率先得到应用,1982年后有较大发展I”」。

泡沫压裂液研究大致经历了4个阶段:

第一代泡沫压裂液（70年代）主要由盐水、酸类、甲醇、原油、％和起泡剂配制而成,其泡沫稳定性差，寿命短,携砂浓度只有120-240kg/m\适合于浅井小规模施工;

第二代泡沫压裂液（80年代）由盐水、起泡剂、聚合物（植物胶）、稳泡剂和吨或CO?

组成，其泡沫稳定性好、寿命长、黏度大，携砂浓度可达480-600kg/m：

适合各类油气井压裂施工;

第三代泡沫压裂液（80~90年代）由盐水、起泡剂、聚合物、交联剂、呢或＜：

02组成，以交联冻胶体为稳泡剂,气泡分散更均匀、更稳定、黏度更大,携砂浓度可大于600kg/m3,适合高温深井压裂施工;

第四代泡沫压裂液（90年代后）在组成上与第三代差异不大,但更强调内相气泡的分布和体积的控制，具有抗温耐剪切性更好、气泡寿命更长、黏度更大、携砂能力更强的特点，携砂浓度可达1440kg/m3以上,加砂规模可达150t以上，可满足大型加砂压裂施工的需要⑵。

二、国内泡沫压裂液研究进展及应用现状

国内对泡沫压裂液的研究与应用始于上世纪80年代后期。

】988年辽河油田成功进行了N2泡沫压裂液施工⑶，1997年吉林油田引进美国SS公司co2泡沫压裂液设备⑵进行了油层吞吐和co?

助排压裂的应用，从此拉开了国内泡沫压裂液研究及应用的序幕。

国内泡沫压裂液研究可分为非交联泡沫压裂液研究和交联泡沫压裂液研究及应用两部分,交联泡沫压裂液研究及应用又分酸性交联C02泡沫压裂液研究及应用和有机硼（碱性）交联N2泡沫压裂液研究及应用两部分。

1.非交联泡沫压裂液研究

2000年陈彦东等人与国外合作,开发了泡沫压裂液回路装置（MPFL）来研究FCL-70型非交联co2泡沫压裂液流变性，起泡剂采用中石油压裂中心研制的L-36,研究获得了不同C02质屋泡沫压裂液流变参数，分析了泡沫质量与黏度、黏弹性、气泡微观结构、支撑剂沉降速度的关系：

a,;

2003~2004年,王志刚等人和王树众等人模拟压裂施工条件分别对CO?

泡沫压裂液流变性和对流换热性进行了研究L，J'

（4）;

王树众等人研究了压力、温度、CO?

质最、气液相流量等因素对泡沫压裂液在管柱内对流换热系数的影响⑷；

2006年，沈林华等人根据气泡尺寸对泡沫压裂液流变机理进行了研究，建立了泡沫压裂液二维物理模型，将气泡和液相及气泡与气泡间的作用比作弹簧，从能量耗散角度推导了泡沫质量大于70%、剪切速率大于500s"

时泡沫压裂液的流变学方程，计算泡沫压裂液黏度的最大误差为9.7%,平均为4.9%，明显优于Reidenbach和Mitchell⑸等人的方程⑵】；

同年，李兆敏等人研究了泡沫压裂液在裂缝中的层流流动，认为馨律式层流流动能体现泡沫压裂液的实际流动。

非交联泡沫压裂液研究没有采用交联剂，稳泡剂是羟丙基弧胶，相当于国外第二代泡沫压裂液，没有获得实际应用。

2.酸性交联CO?

泡沫压裂液研究进展及应用现状

C02在水溶液中显酸性,而羟内基弧胶多糖顺式羟基分子结构使它必须在碱性条件下才能实现交联而形成高黏弹性的冻胶体，在酸性条件下（pH=3~4）,高分子植物胶的羟基被水中C02的酸性所消耗而交联增黏困难。

丁云宏等人2002年3）、刘小明等人'

叫及周继东等人⑵2004年和杨胜来等人2007年皿】采用酸性交联剂AC-8,实现rC02泡沫压裂液在酸性条件下的交联。

并对CO?

泡沫压裂液稳泡性、携砂性、滤失性、伤害性等进行了研究。

这种C02泡沫压裂液相当于国外的第三代泡沫压裂液，其稳泡性、抗温耐剪切性、携砂性、破胶性、助排性、滤失性、伤害性等均获得了显著提高。

因此,在实际应用中获得了良好的效果。

1999~2000年长庆靖安油田和江苏油田对陕11、陕28、陕156、陕217和苏6等油气并进行COz泡沫压裂液施工后,分别获得了油气无阻流量7.7x104m3/d,56.6x104m3/d、4.2x104m7d,15.4x104m7d和4.1x104m3/d（苏6井山1层位）、120.2x104m7d（苏6井盒8层位），增产效果明显;

2000年⑵江苏油田对GX1、W2-3、SN20三口油井进行CO2泡沫压裂液施工后,GX1井和W2-3井自喷返排率达78.8%和87.0%,而GX1井相似油层常规压裂后返排率不到20%,W2-3井压后原油产量由4.0t/d上升到6.7t/d,SN20井发生砂堵而只加砂7.4n?

但原油产量仍由5.2t/d上升到12.8t/d,增产效果也很明显（邛；

2004年大庆油田对扶扬油层民6井F1号层采用C02泡沫压裂施工后,也获得了4.1t/d的原油工业产能，增产效果也明显③）。

3.有机硼（碱性）交联N?

泡沫压裂液研究进展

2002年许卫等人研究了呢质量、温度、压力等因素对硼交联N2泡沫压裂液流变性的影响⑶；

2005-2006年段百齐等人模拟施工井下温度、压力条件，对硼交联％泡沫压裂液两相流和摩阻进行了研究fMl-W.2005年沈林华等人X寸施工条件下硼交联N2泡沫压裂液两相管流的对流传热性进行了研究，得出了压力、温度、*质量对N2泡沫压裂液对流传热性的影响规律，提出了施工条件下硼交联n2泡沫压裂液对流换热系数计算式［361;

2007年舒玉华等人研究了低分子醇类对姗交联N2泡沫压裂液性能的影响⑶有机硼交联M泡沫压裂液也相当于国外第三代泡沫压裂液，由冻胶体作稳泡剂，其稳定性、耐温抗剪切性、悬砂性、破胶性、助排性、滤失性、伤害性等均获得了显著提高，在实际应用中也获得了良好的效果,1988年辽河油田对8口油井实施N2泡沫压裂液施工后，平均单井增加原油产量12.5t,增加8.8倍,共计增产原油1.24x10、⑴，增产效果明显。

综上所述，国内泡沫压裂液研究还主要建立在实验研究的基础之上，且多集中在技术实力强劲的大学和科研院所，如西安交通大学、中国石油大学、中国地质大学、西南石油大学和中石油勘探开发研究院等单位。

而泡沫压裂液的实际应用还不普遍,主要原因是泡沫压裂液施工设备复杂而昂贵，施工成本高，施工成本的回收期较长，且目前国内还不能独立生产这样的压裂施工设备。

因此，需要加大投人，从国外引进泡沫压裂液施工设