二氧化碳泡沫压裂的分析与研究

摘要：随着现代石油开采的地层属性不断复杂化，传统的水基压裂液已难以满足现代石油开采的实际需求。二氧化碳(CO2)泡沫压裂是一种压裂液体系，因注入CO2使压裂液体系中液体与气体可以互存。本文主要通过分析CO2泡沫压裂的机理，并对其适用性进行探讨。

关键词：CO2；泡沫压裂；机理；适用性随着石油工业的发展，其储层越来越复杂，且非均质性也不断增强，较多地层出现低压、低渗现象，使入井液返排的难度不断升高，从而导致地层的二次污染。传统的水基压裂液存在压裂液破胶不完全的问题，且在破胶后会有部分残渣余留于裂缝中，会使充填层的渗透率大幅降低，造成压裂效果不明显，难以满足石

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油工业的发展需求。而二氧化碳（ＣＯ２）泡沫压裂作为一种新型的压裂液体系，是一种能满足现在石油工业发展的重要技术。一、CO2泡沫压裂机理分析

ＣＯ２泡沫压裂液体系在一些低压、低渗的储层中具有非常显著的施工效果，其工作机理主要包括二氧化碳泡沫压裂体系粘度高、滤失低、悬砂性好、摩阻小以及反排能力强等。

1.CO2泡沫压裂体系粘度高

ＣＯ２泡沫压裂体系在添加一定的稠化剂之后，并将ＣＯ２气体注入，因该气体结果具有的特点，能有效提高压裂液体系的粘度。ＣＯ２泡沫的粘度主要取决于泡沫的质量与液相性能，其质量性能越好，则表明气泡的密集性就越好；而气泡的干扰、摩擦阻力越大，也就表明其粘度越高。通常情况下，泡沫质量达到７５％至８０％之间时，其粘度就会达到最大。因此，通过将其液相粘度增大，既可以有效提高泡沫的稳定性，还能有效增强泡沫流体的粘度，从而使ＣＯ２泡沫压裂液的造缝能力不断增强，最终产生出裂缝宽度越大、长度越长。

2.CO2泡沫压裂体系滤失低

ＣＯ２泡沫压裂液与传统的水基冻胶压裂液比较，具有滤失系数低与滤失量较小等特点，主要是由于该体系中添加了一定的稠化剂，从而使其造壁能力增强。ＣＯ２泡沫压裂体系中的泡沫具有两相结构与气液张力等特点，造成当进入地层缝隙的泡沫压裂液必须要克服泡沫变形与界面张力引起的阻力，从而使其滤失系数降低。另外，空隙中毛细管力所产生的叠加效应也会导致液体滤失量降低。需要主要的是，在渗透率不同的地层中，其滤失系数也是不同的。泡沫流体在低渗透的地层中的滤失系数往往要比传统的水基压裂液要低２倍，而在较高渗透率的地层，其滤失系数被压裂液之间的差异并不明显。通过提高泡沫流体的液相粘度，能有效提高其造壁性能，从而降低泡沫流体的滤失系数。

3.CO2泡沫压裂体系悬砂性好

ＣＯ２泡沫压裂体系因泡沫中具有一些独特的分子结构，使其在高砂比时可通过泡沫自身的能力减缓砂子的沉降速度。实践研究表明，在ＣＯ２泡沫压裂体系中，１０至２０目大小的砂子的沉降速度接近于０［２］。正由于该体系具有良好的悬砂能力，使裂缝中的支撑层始终处于均匀的状态，导致裂缝的导流能力不断增强。

4.CO2泡沫压裂体系摩擦阻力小

ＣＯ２泡沫压裂液体系由于自身的泡沫结构，使其摩擦阻力比较小，以降低井口的施工压力，从而为排量较大的施工提供良好

陕西西安７１００１８）

的施工条件，能有效产生比较大的裂缝面积。通常情况下。ＣＯ２

泡沫压裂液体的摩擦阻力与清水的摩擦阻力几乎是一致的。

5.CO2泡沫压裂体系返排能力强

返排作为压裂过程中的一个重要环节，尤其是含气致密砂岩时，其返排的效果将直接影响整个压裂效果。在压裂过程中，不彻底的返排会导致气体的相对渗透率不断降低，导致产量降低。由于ＣＯ２的压缩性能比较好，因此其储能性能也比较强大。当时光完成、降低压力时，气体就会出现膨胀，提升其举升液体的能力，使排液彻底，从而提高裂缝的导流能力。二、CO2泡沫压裂体系的适用性分析

1.低压、低渗储层

ＣＯ２泡沫压裂的静压力比较小，和地层压之间的差异较小。因在压裂液中注入的气体液相比较少，使其滤失量小，因此液体渗入到地层中量也比较少。通常情况下，在压裂后渗入到地层裂缝壁面的深度为１２至２０ｍｍ，再加上该系统具有返排迅速的优点，能缩短液体和产层之间的接触时间，有利于避免粘土矿物的运移与水化，对有效保护低压低渗储层与水敏地层。

2.下部有水层的储层在压裂施工过程中，对于一些油、水层间的薄夹层，其压裂难度是非常大的。在这类储层施工中，不管是合理控制排量，还是对压裂规模的合理控制，一般都会在压开储层的同时也压开水层［３］

。因此可考虑采用泡沫进行流体密度的控制，通过流体在裂缝中的密度效应，从而使低密度流体流于裂缝上部，能有效保证支撑剂处于裂缝上方，以防出现。

3.采用封隔器选压的油气井在大段射开的油气井施工中，若采用混压的方法，往往导致压裂液与支撑剂的用量答复增加，不仅施工成本较高，且施工效果比较差；若采用分层选压的方式，不仅施工工序比较复杂，且施工成本比较高；因ＣＯ２泡沫压裂具有良好的悬砂、不沉砂性能，通过采用封隔器进行分层选压，不仅能有效降低工程成本，还能提高效果。结束语

综上所述，ＣＯ２泡沫压裂是基于普通压裂液开发的新型压裂液体系，相对于常规压裂，ＣＯ２泡沫压裂具有以下优点：（１）低滤失性较低，且粘度较高，携砂性好，造缝能力强；（２）泡沫稳定性好，且泵注压力比较低；（３）压裂液具有降粘、助排、降阻等机理；（４）压裂液能适用于低压低渗、水敏性强等油气层。因此将ＣＯ２泡沫压裂应用到低压低渗储层、下部有水层的储层以及采用封隔器选压的油气井中，不仅能有效降低工程费用，还能有效提高施工的效率与质量。参考文献：

[1]平云峰.二氧化碳泡沫压裂工艺技术研究[D].东北石油大学,2012.

[2]马占研.二氧化碳泡沫压裂液体系及其机理探讨[J].黑龙江科技信息,2012,32(28):77.

[3]魏英杰.二氧化碳泡沫压裂施工安全要点[J].中国石油和化工标准与质量,2013,29(17):17.

９０２０１４年６月