CO2泡沫压裂技术在煤层气开采中的适应性

CO2泡沫压裂技术的关键是CO2泡沫质量，即在一定温度压力下，气态CO2占总泡沫压裂液的比例。按CO2泡沫质量大小，CO2泡沫压裂液分为伴注泡沫液（泡沫质量＜30%，液体为连续相）、增能泡沫液（泡沫质量30%～65%）和泡沫压裂液（泡沫质量65%以上，泡沫呈连续相）。一般情况下，CO2泡沫压裂特指泡沫质量为65%～90%。泡沫质量达到100%时，也就是全部用CO2压裂时，称为干法压裂。

干法压裂是利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害，适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。干法压裂的关键设备是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。

在二氧化碳的三相点（－56.6℃，0.531MPa），CO2以气、液、固3种相态同时存在；而在CO2气态临界温度点（31.04℃）以上，CO2无论在何压力下均以气态方式存在。因此，为确保CO2泡沫压裂作业能够形成高质量的CO2泡沫，被压裂煤层的原始温度应高于40℃，以保证使液态CO2变成气态和形成泡沫。而对于低温煤储层而言，针对其原始压力，要想实施CO2泡沫压裂，地面泵注CO2与压裂液的比例将高达50%以上，在地面如此高比例地注入CO2，对CO2进行加热，使其气化，其难度可见。即使加热使其气化，在井筒形成CO2泡沫压裂液，井筒静压将增加1倍以上，势必提高施工泵压。

从1999年至今，国内共进行了30余井次CO2泡沫压裂作业。在气井上取得了现场试验的成功和良好的增产效果。现场CO2泡沫压裂施工图见图5－7。

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图5－7　CO2泡沫压裂地面管线与井口示意图

为便于CO2的储存运输，通常采用特制的可加压设备，以高压低温（一般为2 MPa，－18℃）条件下的液态CO2由气源地运到压裂现场。在压裂施工过程中再通过气化发泡技术形成高质量的CO2泡沫来实施压裂作业。CO2泡沫压裂通常采用增压泵车，见图5－8。

图5－8　CO2增压泵车

自20世纪50年代起，国外开始试验应用5%～50%浓度的CO2伴注压裂，取得了良好的返排效果。80年代初期，美国、加拿大各油田开始进行泡沫质量65%～80%的CO2泡沫压裂试验研究，提高了压裂液黏度，加快了返排，降低了伤害，提高了压裂改造效果。近年来，在CO2干法压裂方面开展试验研究工作，实现了无水压裂，在水敏性地层改造中取得了显著增产效果，到目前为止，有50多个油田进行了CO2干法压裂，一些井的产量增加了近10倍，CO2伴注、CO2泡沫压裂和CO2干法压裂技术和设备等方面已趋成熟，并形成了配套装备与工艺技术系列。