长庆油气田CO2泡沫压裂工艺研究与现场试验

介绍了长庆油田低渗透砂岩油气藏CO2泡沫压裂的室内研究与现场试验情况,阐述了长庆油气田CO2泡沫压裂的施工工艺、施工参数、液体体系及试验效果.并通过对比,分析了该项新工艺在长庆油气田的适用性.     

深部气藏CO２泡沫压裂工艺技术

泡沫压裂工艺技术是低压、低渗、水敏性地层增产增注以及完井投产的重要保障，国外在泡沫压裂（特别是在CO₂泡沫压裂）的室内研究、设计以及施工技术、返排技术和压裂效果的现场评价等方面均已比较成熟。由于CO₂的特殊性质，其在压裂改造技术中所占的份额将越来越大，在深井压裂改造中亦是如此。我国有许多低压、低渗、水敏性地层以及投产多年的老井需要进行压裂改造。为此，系统地介绍了CO₂的基本性质、CO₂泡沫压裂的增产机理及CO₂泡沫压裂工艺技术，并对中原油田深部气藏的现场施工结果进行了详细地分析，所采用的CO₂泡沫压裂较普通的压裂改造效果更好，可作为低渗透气藏开发的一种有效措施。     

长庆油气田CO2泡沫压裂工艺研究与现场试验

介绍了长庆油田低渗透砂岩油气藏ＣＯ２泡沫压 室内研究与现场试验情况,阐述了长庆油气田ＣＯ２泡沫压裂的施工工艺、施工参数、液体体系及试验效果。并通过对比,分析了该项新工艺在长庆油气田的适用性。     

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膨胀试验作为单井吞吐工艺试验的重要评价手段之一,在油田注ＣＯ２混相驱试验中已得到应用,然而关于注气后原油物性参数的变化规律虽然已作了些研究,但目前还不是很清楚。文章在ＣＯ２注气膨胀实验的Ｐ－Ｘ图,膨胀系数和原始相态参数进行拟合后,计算出注气后原油的密度、分子量、泡点处气液相偏差因子和界面张力、原油粘度等的变化规律,同时研究了ＰＶ关系和多级脱气的主要特征变化规律。     

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在低渗透油气藏的加砂压裂施工中，经常出现实际井口施工压力比设计方案所预测的压力偏高，这很大程度上归因于井筒和裂缝间的连通性差，引起井筒和裂缝间的压力损失过大。孔眼摩阻计算的准确程度直接影响破裂压力的预测，裂缝扩展的几何形态，更是限流压裂的关键参数，对压裂施工的顺利实施和压后评估有重要的影响。文章在研究分析了目前孔眼摩阻计算公式适用性的基础上，提出了考虑不同压裂液类型、粘度、排量、砂浓度、孔眼直径等参数影响下孔眼摩阻的改进模型和算法。通过5口压裂井应用结果表明，此模型和算法与实际更吻合且易于现场应用。     

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大量的天然气储存于低渗透、特低渗透地层中,大力压裂是实现其经济开发的必要手段,气藏的水力压裂面临着较油藏更多的不利因素,因此大量的水力压裂实践未能取得良好的效果。针对这种现状,分析了影响低渗稼气藏压裂效果的因素及其作用机理,主要包括：地层务害的来主机理;支撑剂导流的影响因素、作用机理及影响程度;压裂设计中容易出现的技术缺陷;气井压裂后管理运动支持裂缝的影响。由上氏渗透气藏水力压裂要解决的中心问题是     

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鄂尔多斯盆地北部上古生界气藏是一个典型的低压致密气藏，气井压裂前自然产能很低或基本无产能。水力加砂压裂是该地区进行气田勘探开发的关键技术之一。由于储层具有低压、低孔、低渗的特点，且存在严重的水相圈闭损害和其它敏感性损害，采用针对常规砂岩储层的压裂改造方法在该地区不能达到满意的增产效果。针对鄂北地区低压致密气藏的储层地质特点，通过近年来的攻关研究和现场试验，提出了改进的压裂工艺技术方法，筛选出了低残渣、低伤害、抗水锁、易返排的压裂液体系，大大提高了压裂改造效果。压后平均单层气产量提高2倍以上，初步形成了该地区低压致密气藏压裂工艺技术体系，为进一步探索、解决低压致密气藏的勘探开发难题奠定了良好的基础。     

CO2响应性增强泡沫体系室内试验研究

为解决低渗透油藏CO₂驱气体窜流影响开发效果的问题,以泡沫综合值为评价指标,通过搅拌法优选发泡剂,建立了CO₂响应性增强泡沫体系,配方为0.1%发泡剂AOS+4.0％小分子胺+水。该体系在接触CO₂前黏度与水接近,与CO₂作用后黏度可升高18倍以上。性能评价结果显示:CO₂响应性增强泡沫体系的泡沫综合值可达到常规泡沫体系的11倍以上;具有明显的剪切稀释特性,流变方程符合幂律流体流变模式;比常规泡沫体系具有更强的黏弹性,可以封堵优势渗流通道,抑制非均质低渗透油藏CO₂驱气体窜流,提高低渗透油藏CO₂驱的采收率。研究结果表明,CO₂响应性增强泡沫体系可以解决低渗透油藏CO₂气体窜流问题,提高CO₂驱的开发效果。      

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采用电化学方法模拟某含H₂S和CO₂的高温高压气井腐蚀环境,研究了咪唑啉衍生物对N80油管钢的缓蚀机理和缓蚀行为。结果表明：该咪唑啉衍生物能与介质中的硫化物共同与铁原子配位，产生稳定的吸附膜,属于阳极型缓蚀剂，其缓蚀机理为“负催化效应”，在较强的阳极极化条件下的脱附行为服从金属基底原子离子化溶解对缓蚀剂的冲击脱附模型，对裸钢或已经发生了腐蚀的油管钢都能起到较好的防护作用，能抑制H₂S导致的局部腐蚀。     

二连油田阿南低渗透砂岩油藏压裂工艺评价

根据阿南油藏２５口油井５５井次的压裂资料，并从压裂的选井选层、工艺措施、材料及压后配套注水管四个方面，分析论证了压裂的利弊得失，为阿南油藏今后的压裂工艺作出了改进的方向和途径。     

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长庆气田为低压、低渗气藏，压力系数低、非均质性强，气藏类型复杂，压裂液对储层容易造成伤害。为了降低伤害，在地质特征分析的基础上，对压裂改造中引起储层伤害的因素进行了分析研究。通过岩心伤害流动实验、电镜对比分析、压裂液残渣粒径分析等室内实验研究认为，储层压力系数低、稠化剂的大分子集团对储层造成的伤害是引起伤害的主要因素，而储层的敏感性伤害、压裂液残渣的伤害虽对储层造成一定的影响，但并不是造成伤害的主要因素。在伤害因素分析的基础上，还阐述了目前在长庆低压、低渗气田应用的CO₂压裂和液氮全程伴注技术取得了较好的效果，特别是液氮全程伴注技术已得到了较大范围的应用，排液周期进一步缩短、返排率显著提高，压后不能及时喷通的井明显下降。同时结合压裂液伤害的主要因素，提出了压裂液发展的新技术思路。     

高压深层低渗透储层改造技术的研究与应用

水力压裂是目前国内外高压深层低渗透油气藏开发的主要技术之一，能够有效改善低渗透油气藏的渗流条件，提高单井产量，但是对于裂缝影响比较显著的注水开发油气藏，实践证明严重的储层非均质性和天然裂缝是控制这类油气藏油井产能的重要因素，故常规的单井压裂技术并不能取得理想的效果。文章针对研究区块为高压深层低渗透油藏的储层特征和实际情况，在室内理论研究的基础上，研究了深层低渗透储层整体压裂改造数值模拟、深层低渗透油气田压裂配套技术、压裂优化设计、实施监测和评估技术，进一步深入和完善了裂缝性深层低渗透油气藏整体压裂改造的配套技术。在此基础上，研制了OGFRACS三维压裂优化设计软件。该研究通过现场实施，增产效果显著，从而也验证了本研究比单井压裂设计更加合理和科学。     

异常高地应力致密砂岩储层压裂技术研究

随着勘探的不断深入，首次在新探区采用压裂技术时难度越来越大，部分井岩性致密，加之地应力异常高，导致压裂施工时在低排量情况下施工压力非常高，无法加砂而使压裂施工失败，达不到改造和认识储层的目的。文章以武1井为研究对象，该井为吐哈油田在民和盆地的一口探井，第一次压裂因施工压力异常高，在1.3 m³/min排量下井口压力达到83.3 MPa，支撑剂根本无法进入地层而未获成功。通过分析武1井首次压裂失败的原因，研究并采取了高能气体压裂、酸化解堵等近井筒处理措施和小粒径支撑剂、支撑剂段塞、优化泵注程序等针对性工艺，使第二次压裂施工获得成功，加砂26.04 m³，压后日产水5.0 m³，日产气2000 m³，这对类似储层的压裂改造积累了宝贵经验。     

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低渗透气藏中气体的渗流有其独特的特征，气体渗流受到启动压差、介质变形和滑脱效应三重因素的影响，从而导致气体在储层中的渗流为偏离达西规律的非线性流动。正是由于这种非线性流动的存在，使得低渗气藏的开发动态与中高渗透气藏相比有很大的差异。文章基于大量的实验研究，系统地分析了启动压差、变形介质和滑脱效应对低渗气藏渗流规律的影响，通过实验和机理研究建立了一种新的低渗气藏渗流的基本数学模型。实例计算表明，该模型较传统的气田开发数值模拟模型更能准确地反映低渗气藏开发动态，更好地指导了气田开发生产。     

深层低渗储层压裂工艺优化技术

目前低渗油气储量的动用离不开压裂改造。在压裂过程中，受现有压裂技术的影响，压裂液的滤饼和对支撑剂充填层的污染不可避免地直接影响压裂效果，造成产量增加不明显或增产有效期短等问题。针对东濮凹陷低渗储层压裂改造中高温、高闭合应力的特点，文章开发研制了低伤害压裂液体系，包括低伤害羟丙基胍胶及OB-991和OB-992两种压裂液，生产的高强度支撑剂在69 MPa下破碎率小于7%，其性能指标满足深层低渗储层压裂改造的需要。文章还从污染机理入手，开展了水力裂缝缝面处理技术研究，筛选的多种压裂缝面处理剂具有降解压裂液残渣幅度大，对压裂液伤害堵塞物溶解率大于80%的特点。将这些技术应用于现场试验，取得了较好的增产效果，共实施17口井现场施工，累计增油上万吨，增产天然气数百万立方米，取得了明显的经济效益。     

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随着油气田勘探工作的日益深入，近年来在我国发现大量深层气藏和凝析气藏，尤其在塔里木地区。为了搞清塔里木油田深层气藏岩石渗透率应力敏感特性，通过塔里木油田岩心渗透率应力敏感性实验，研究了深层岩石的有效覆压与渗透率的关系，分析了渗透率应力敏感特征与机理。实验结果表明：随着有效覆压增加岩石孔隙结构和骨架结构发生变化，会引起岩石渗透率的下降；岩石渗透率越低或有裂缝存在，应力敏感特性表现更强烈；随着异常高压气田开发过程的进行，地层压力逐渐下降，进而诱发岩石渗透率损失是不可逆的。     

低渗透含硫化氢气藏储层改造中的难点及对策

我国含硫化氢气藏大部分成熟度较高，天然气中硫化氢含量的高低明显地受储层的岩性控制，天然气中硫化氢主要来自干酪根中含硫有机物的热解和储集层中沉积硫酸盐（石膏和硬石膏）的细菌还原作用或高温热化学还原作用，其储集层具有埋深大、地温高、物性条件差的特征。含硫气藏储层特性和硫化氢强烈的还原性给储层改造提出了诸多挑战。水力压裂对低渗透含硫气藏改造的适应性很差，酸压是目前我国含硫气藏储层改造最有效的增产措施，但仍面临严重的单质流沉积和硫化亚铁沉淀对储层的二次伤害问题。要提高对含硫气藏储层改造的成功率和改造效果，有效地解决储层改造中的控硫控铁难点问题，必须立足于对含硫化氢气藏储层特性和硫化氢特定理化性质的系统研究，弄清高温、高压、高含硫条件下Fe(Ⅱ)-H₂S、Fe(Ⅲ)-H₂S的反应特性、储层酸-岩反应机理及酸蚀裂缝导流能力的影响因素，提出针对性强的酸液体系与酸压工艺。     

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文章针对非均质低渗气藏高、低渗透区动态储量难以确定的问题，建立了复合气藏物质平衡方程，结合产量累计法，提出了计算非均质低渗透气藏动态储量新方法。应用该方法可分别确定非均质气藏高渗区和低渗区的动态储量，估算不同开采时间低渗区对高渗区补给气量的大小，为气井的合理配产提供依据。通过实例分析表明，该方法计算简单、实用，满足工程精度要求，对非均质低渗透气田的开发有重要意义。     

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针对川西浅层J₃p气藏的低温和低压地质特征和地层返排能量有限、压裂液返排速度低、排液不彻底等诸多难点，以及施工过程中，压裂液滤失量大，储层水敏性粘土矿物含量高（水敏性强）等问题，文章提出对胍胶进行改性处理，并将生热体系引入到改性胍胶压裂液体系中，形成新型低伤害压裂液体系。通过对TC9 2A新型低伤害压裂液的粘度特征、流变特征、滤失、悬砂、增压、升温、助排以及对油藏岩心伤害等室内评价和龙72井的现场应用，结果表明该新型低伤害压裂液不但具有自动增压、降低井筒液柱密度、表面张力低、破胶彻底、破胶液的粘度低等优点，还具有优良的携砂和助排能力，在改造低压、低渗透油气藏具有明显优势。     

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低渗凝析油气藏一般具有埋藏较深、高温、高压、低渗透、地露压差小和易反凝析等特点，使得开发难度较大。实践证明，气藏经过压裂改造后，取得了一定的效果，是有效的措施之一，但大多采用和一般的油气藏相同的压裂设计施工。文章在低渗凝析油气藏的相态特征分析的基础上，采用网格放大技术对人工裂缝进行处理，建立了低渗凝析油气藏压裂的数学模型，首次将COMPIV模型运用于低渗凝析油气藏压裂气井产能预测模拟，优化了压裂设计的几何参数，确定了影响压裂效果的最优裂缝的几何参数，这为低渗凝析油气藏压裂方案设计提供一些理论依据。