液态CO2与水力压裂协同改造过程中堵塞物生成机理研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lee6688
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基于液态CO2与水基压裂液各自特点,采用液态CO2与水力压裂相结合的协同压裂方法,能显著提高压裂改造效率与增产效果。然而在液态CO2与水力压裂协同改造过程中,由于前期注入的液态CO2温度低(-25℃),使得后续注入水基压裂液时,地面管线中可能出现固体堵塞物,严重影响压裂安全施工。为此,本文对管道中堵塞物的构成和生成规律进行室内模拟研究,研制出一种用于抑制堵塞物生成的化学助剂,并通过实验分析和模拟计算,获得了抑制堵塞物生成的工艺方法,有效降低了液态CO2与水力压裂协同改造过程中的技术风险,保证了压裂施工的安全进行。基于矿场施工参数及装备条件,设计了管道流体流动安全可视化评价装置。该装置可承受压力40MPa,温度可低至-30℃,可模拟现场地面管线流动情况。通过室内模拟实验,获取堵塞物,分析管线堵塞的主要原因是液态CO2注入完成后管壁温度极低,水基压裂液流过时结冰致使管道堵塞。同时,基于焦耳-汤姆逊效应与矿场使用液态CO2的温压条件(3MPa,-25℃),利用HYSYS软件对液态CO2节流前后的相态进行了仿真计算,结果表明:节流后压力为0.5MPa时,CO2温度为-56.53℃,此时CO2为液态,管线中不会形成干冰。在此基础上,以溶液冰点为指标,优选出堵塞物抑制剂体系配方(55%乙二醇+20%Rd+1.5%KCl+25%水)。该抑制助剂冰点低于-40℃,与水基压裂液1:2混合可保证在-25℃不会结冰,与液态CO2、水基压裂液均表现出良好的配伍性,且对地层岩石渗透率的影响小于5%。同时应用数值模拟考察了该抑制助剂注入过程中管壁温度的变化情况以及达到水基压裂液可注入温度的最少用量,结果表明每条管线最少需要抑制助剂0.53m3则可保证管线温度大于0℃。结合现场试验表明该堵塞物抑制助剂及其现场工艺方法能够有效的解决液态CO2与水力压裂相结合过程中管道的堵塞问题,且整个压裂工艺过程连续不间断,保证了压裂施工安全,提高了压裂施工效率,具有重要的应用推广价值。
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