氮气泡沫压裂液性能及应用评价Word文档格式.docx

1、1.1泡沫压裂液的优点泡沫压裂与常规压裂相比，具有如下优点：（1）携砂、悬砂能力强由于泡沫压裂液中气泡对支撑剂的托浮作用， 使得泡沫压裂液具有较好的携砂和悬砂能力。支撑 剂在泡沫压裂液中的沉降速度仅是它在水中或凝胶 中沉降速度的1/10-1/100,有时在泡沫压裂液中的 沉降速度甚至为零。很容易将支撑剂携带到裂缝中 的较远位置，有利于在裂缝顶部和底部之间形成均 匀的支撑剂铺垫层而有效提高支撑裂缝的导流能 力，配以合理的加砂程序设计，能使泡沫压裂施工的 增产倍数比普通压裂大很多。（2）滤失很小，有利于造缝泡沫压裂液体系中含有膨胀性气体（呢或CO2）, 进入地层后，一方面气泡可优先占据地层岩石的孔

2、 隙与喉道而降低压裂液水相的滤失,另一方面，泡沫 压裂液中泡沫的质量比很高，使水相的比例显著降 低，压裂液滤失量中可伤害地层的水相比例较少。表 1是采用1 mD低渗透岩心对不同压裂液滤失系数的 测定结果。表1不同压裂液滤失系数对比压裂液类型典型滤失系数/ （m-VrniiT-1）3%KC1+水+降滤剂9.144x10原油+降滤剂7.62X10-4水+硅粉+腿胶6.096x5乳化液+硅粉6.096x10。泡沫压裂液（泡沫质量75%）9.144x10-5从表1可知,75%泡沫质量的泡沫压裂液，其滤 失系数比一般的压裂液要低近710倍。由于泡沫压 裂液视黏度高，滤失小,压裂液效率高，有利于压裂 造缝

3、，所以压裂造出的裂缝又宽又长。（3）返排能力强,返排速度和返排率高泡沫压裂施工结束后，随着压力的释放,地层裂 缝中的泡沫压裂液气化引起气相体积膨胀，从而对 压裂液施以向井筒的返顶力，这就提供了足够的助 推能量使压裂液残液很快排出地层，其增能助排作 用强；同时，由于泡沫密度小而静液柱压力低,压裂 液返排速度大大加快，不需要抽汲或诱喷等助排工 艺措施就能获得压裂液的快速和彻底返排，因此，泡 沫压裂液的返排能力强,返排速度和返排率高，压裂 液的返排时间明显比常规压裂液短，能使油气井迅 速投产。（4）地层伤害小泡沫压裂液与具有同样体积的常规压裂液相 比，对地层的伤害小，其原因主要有如下几点：a.泡沫压

4、裂液的滤失量比常规压裂液低得多， 因此通过裂缝面进入地层的量就少得多，对储层产 生的伤害作用也小得多。b.泡沫压裂液中气相占约65%85%，因此水相 液体量只有同体积的常规压裂液的15%35%,引起 的液相伤害自然就小。c.泡沫压裂液增能助排性强，压后压裂液返排 迅速彻底,返排率高，滞留地层的压液裂少，对储层 的伤害小。d.泡沫压裂中的气相，仅微溶于地层流体，因此 它不会引起乳化或沉淀而给储层带来伤害。（5）适合于低压、低渗、对液体敏感的油气层泡沫压裂液由于液相本身少以及滤失量低和返 排速度与返排率高，再加上加入的化学添加剂与地 层的配伍性好，它进入地层一般不会发生水锁等严 重伤害地层的情况，

5、因此泡沫压裂液特别适用于低 压、低渗、强敏感性地层的加砂压裂改造。1.2泡沫压裂液的缺点与常规压裂相比,泡沫压裂有以下缺点：（1）受工艺技术特点的限制，目前泡沫压裂在施 工井深、施工砂比、施工规模等方面，还与常规压裂 有一定的差距。（2）泡沫压裂需要专用的罐车、泵车，增加了设 备配套的成本;另外，液态气体价格较贵，这在一定 程度上也增加了施工成本。（3）泡沫压裂中的气相具有动能和势能，而常规 压裂液体系只具有动能而没有势能，因而常规压裂 液施工安全；同时，泡沫压裂液施工时的施工摩阻较 常规压裂高20%50%,再加之若在井筒内形成部分 泡沫,则液柱压力也将降低,必将增加施工泵注压力 和施工风险；

6、同时，液态气体的储存和运输也有一定 的不安全因素。2泡沫压裂液配方及其性能评价研究2.1泡沫压裂液工艺原理目前广泛应用的泡沫压裂液主要包括C02泡沫 压裂液和N2泡沫压裂液两种，中石化西南油气分公 司现暂无C02泡沫压裂设备，本文研究的泡沫压裂 液主要是N2泡沫压裂液体系。N2泡沫压裂工艺技术 可以分为液氮拌注压裂和泡沫压裂两种工艺。前者 一般在压裂施工的全程或后期拌注液氮，其氮气的 质量比一般小于52%；后者是在前置液和携砂液中 混入液氮，在井口或井底形成均匀稳定的泡沫压裂 液,利用泡沫的结构悬浮和承托支撑剂,达到输送支 撑剂的目的，其N2的质量比一般都大于52%。泡沫压 裂液的工艺原理系指

7、液氮被高压注入地层之后，被 携砂液和顶替液沿裂缝推入地层深部,巨在地层温 度作用下气化形成泡沫，一方面泡沫优先占据岩石 孔隙,降低压裂液水相在地层中的滤失量，进而降低 压裂液水相对地层的伤害；另一方面,压裂施工结束 放喷排液时，由于井底压力降低,受压缩的阳迅速膨 胀，推着压裂液进入井筒，达到气液两相混合，从而 降低了井筒液柱压力，使压裂液连同氮气一起喷出 井口，达到助排而提高压裂液返排速度和返排率的 目的，进而降低压裂液滞留地层给储层带来的伤害。泡沫压裂液中，泡沫质量表示气相在混气液体 总体积中所占百分数，是衡量混气液体性质的重要 指标。在特定温度和压力下泡沫质量计算式为：VN=kxlOO%（

8、1）上+匕用密度表达为：S=（P 如-P）/（Pw-P）式中；N泡沫质量,；Ve某一温度压力下的气相体积,n?;S-密度表示的泡沫质量,;/”一液相体积,m，；pg气体密度，g/cm；pw液体密度,g/cmp 混合流体密度,g/cn?。由于气体体积是温度和压力的函数，泡沫质量 并非一固定值，而是随温度、压力而变化。同时，气 体体积服从真实气体的状态方程：V=nZRT/P（3）式中：R 气体常数,0.008314 MPa-m3/（kmol-K）T-井底温度,K,可使用目的层温度；尸一井底压力,MPa,可使用目的层延伸压力；Z区偏差因子。当气体从状态1转变为状态2时，有：七2/V 广ZgPSR（4

9、）计算中氮气体积遵循真实气体定律，可通过计 算、查表的方法获取，表2给出了不同压力、温度下 1 n? %在标准状况所占体积。表2不同压力温度下1 nrf氮气在标况下所占体积温度凡-1020压力/MPa304050607010118725831135839642194172242296340378402871652252763203573838081151211260303338359当泡沫压裂液携砂时，支撑剂均匀分布在泡沫 中，为非连续相，可将支撑剂与气体一样视为内相， 外相仅有液体。泡沫携砂时的泡沫质量M计算为：N三V内/（矿内+矿外）x100%（5）M 一泡沫携砂质量,；一内相体积,n?V

10、外一外相体积,n?2.2添加剂优选（1）起泡剂的优选起泡剂是泡沫压裂液体系的核心添加剂，直接 关系到泡沫压裂液的发泡能力以及泡沫压裂液的泡 法质量大小。分别对A、B两种起泡剂进行了发泡能 力的实验评价，实验条件：常温常压、采用高速搅拌 法制备泡沫、搅拌速度11000转/min。从表3中可以看 出:BRD-6起泡剂起泡性能较好,相同浓度下该起泡 剂的泡沫体积更大。因此选择B作为泡沫压裂液体 系的起泡剂。表3起泡剂起泡能力评价类别起泡剂浓度/%基液/mL泡沫体积/mL0.1100200WD-180.33500.54101.0420220BRD-6470460（2）起泡剂浓度优选为了合理选择起泡剂的

11、用量，在35 Y温度条件 下进行了泡沫压裂液的泡沫稳定性实验评价，起泡 剂浓度分别为0.5%和1%。实验压力：15 MPa。泡沫稳定性的表征是用半衰期来衡量的，即从 泡沫液中分离出一半液体所需的时间。将起泡剂加 入羟丙基瓜胶浓度为0.25%的常规压裂液中，评价 高温高压下泡沫压裂液体系的半衰期。结果如表4和 表5所示（液面高度表示泡沫破裂后析出的液体所占 的高度）。当起泡剂浓度为0.5%时，经过2.5 h左右， 泡沫体系消泡量为全部泡沫体积的一半，即半衰期 为2.5 h左右；当起泡剂浓度为1%时，泡沫压裂液体 系半衰期为lh左右。因此,起泡剂加量为0.5%时泡 沫压裂液体系的稳泡性能最好，远远好于起泡剂加 量为1%时的泡沫压裂液体系的稳定性。表4泡沫压裂液稳泡实验（起泡剂浓度0.5%）时间/h总体高度/ cm液面高度/ cm泡沫高度/ cm11.43.57.91.511.35.362.111.25.45.82.811.16.34.83.710.86.44.410.76.64.12210.67.33.3备注：泡沫压裂液的半衰期为2.5 h左右。表5泡沫压裂液稳泡实验（起泡剂浓度1.0%）