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【摘 要】以乙醇水溶液为基液的高质量二氧化碳乳状凝胶液作为一种压裂液于1981年引入到加拿大西部沉积盆地（WCSB）。自那时起，这种液体的使用就很成功，尤其是在低压、致密气藏的应用。这种二氧化碳泡沫/乳状液具有传统高质量二氧化碳压裂液的全部优点，还有另外一个好处是可以大量减少入井的水。本文讨论的是基于甲醇水溶液的二氧化碳乳状液，包括化学、流变性评价，以及这些液体在过去十年里在加拿大西部沉积盆地现场的成功应用。
【关键词】甲醇水溶液；二氧化碳乳状液；压裂液
引言
随着世界范围地对资源不断增长的需要，石油工业需要继续开发更低渗透率气藏。极低渗透率气藏是很典型的低毛细管饱和状态，有时饱和的原始水和碳氢化合物远少于希望的常规毛细管机理所考虑的空隙系统。这些地层也被叫做风干或脱水地层并广泛存在于世上的每一个角落。
引入一个额外的不能融和的相，或增加饱和在多孔介质内存在的相（1），能完全损害碳氢化合物的渗透率或相对渗透率。这种现象通常称为水相或烃相的诱捕，并取决于当时的情况。
防止这些问题最通常的技术涉及到減少水基液体的使用。甚至液体以很低的液体滤失（去减少浸入地层的深度）也易引起风干地层自发逆流的自吸效应。减轻这种效应最有效的方法是使用界面张力还原剂（例如互溶剂或表面活性剂）或混相气体如CO2或LPG。
当转换成压裂液时，这涉及到以不伤害的方式利用以上提到的几种试剂开发压裂液体。CO2作为压裂液的一种能量手段使用是一个旧的观念（2）。这种高质量的CO2泡沫压裂液，以前已经评价过（3）。本尼恩也讨论了使用CO2和甲醇去减少和降低低渗透气藏的损害（4）。这样，所有构思的自然延伸是组合所有液体的优点，例如，开发一种乳状液使用高质量的CO2（80个质量单位或更高）和40%的甲醇代替外部凝胶相的水。
1.甲醇的特性和在压裂液地层的使用
甲醇有一些很吸引人的特性使得它在压裂液中的使用广泛（5），在水中使用40%的甲醇使表面张力从72达因/厘米降低到40达因/厘米，冰点从0℃到-40℃，比重从1到0.95。同时，水的蒸气压从20℃的17.5mm汞柱增加到46.5mm汞柱，60℃的从150mm汞柱升到300mm汞柱，它有助于液体的回收。同样，当把40%的甲醇加入水中时，液体的粘度上升60%。
一个含40%甲醇的水溶液体系能够被包括常规HPG、CMHPG的几种聚合物胶凝， 聚合物被用于纯甲醇的粘度（5，6）。这些凝胶没有沉淀与液体和气态CO2是相容的。
水基乙醇/CO2乳状液的流变性以前用仪器测试描述过（7）（数据1）。这是一种修改过的PC—10水泥稠度计转变成的重复循环流动的流变仪。这种以水基乙醇为基胶的压裂液被注入到仪器的真空管5中。在室温和5.5 MPa下，一定量值的液态CO2被引入到真空管2中。然后这个系统被空气动力泵加压到大约7至8MPa，用空气动力泵使含有液态CO2（80%的体积比）的液体循环往复地恒定体积流动，直到在可视玻璃观察看到均一体系，取循环混合物作为流变仪的测量读数。这个系统能够被加压、加热到井下条件下的流变性测试。测量也可单独用于液体。
2.流体静力学特性
乳化压裂液的流体静力学压力，其特性是可以压缩的，这取决于温度与压力，在高压的压裂处理条件下，液态CO2的密度保持相对恒定，因为液态CO2在处理条件下超过1.1g/cc（1）一点，这种乳化液的密度接近1，忽略了液体中乙醇的影响。
3.摩阻特性
80个质量单位的CO2乳化压裂液的摩阻与80个质量单位的常规CO2泡沫压裂液比较，支撑剂传送和液体效率与泡沫的一样好。
4.WCSB的历史应用
早在1981年水基乙醇/CO2乳化液作为压裂液在加拿大西部沉积盆地（WCSB）应用超过了60个地层。表1列出了用乳化压裂液处理地层的情况。尽管第一次使用早在19世纪80年代，然而直到19世纪90年代中期工业上才开始接受，到目前为止，已有超过3000例CO2 乳化压裂液用于WCSB地区。当前，每年有400到550例使用CO2 乳化压裂液。最通常处理的地层是Belly River、Viking、Glauconit和Edmonton地层。大多数施工者会在Belly断层和Edmonton地层选用这种液体。处理的深度范围是从100到3700米。典型的深度是比1100米稍微少一些。大部分处理过的井都是气层。
地层特性综合展示了CO2 乳化压裂液对致密气井是有益的。地层的渗透率从0.001mD到5mD，地层温度从10℃到120℃， 井底压力范围从5 MPa到35 MPa。
在70%以上的历史记录中，井下支撑剂的浓度通常为1000Kg/m3（8.3ppg），在处理过程中泵注支撑剂的平均毛重从10吨至150吨，典型的处理泵注5吨到15吨，在所有完成的处理中外相不到9%，相比所有氮气泡沫压裂液完成处理，外相达到了15%。通常，处理的泵注排量以3m3/min的速率进行，但是泵注排量可以高达6m3/min也可以低到1m3/min。
Belly River地层通常用CO2 乳化压裂液处理， 它主要由很细的泥岩和细砂岩层与层相互交叠构成。地层上层部分的主要砂岩单元由很细到中细的砂岩组成。它向北以Alberta为中心，向南远达美国边境， 层床延伸Rocky山麓，向东变薄，其最远端在Saskatchewan东部。数据3显示了在Belly River地层用普通液体处理过的井的平均日产气量。数据4显示了累计的产量数据。这个数据清楚地表明了用CO2乳化压裂液处理的好处。另外，使用CO2乳化压裂液处理时脱砂率也在显著减少。氮气泡沫表面活性剂的外相百分比为31%，相比之下，CO2 乳化压裂液的外相百分比仅为3%。
很多CO2 乳化压裂液的也用于Viking地层。这些Viking地层是由很薄的砂岩和交替夹杂泥岩、页岩的粉砂岩组成。洗井产出砂岩组分包含由细到粗晶的砂粒，在某些地方也有砾岩和卵石岩，地层的延伸以Alberta为中心，向东变薄至Saskatchewan-缅边境。数据5显示了在Viking地层的井的平均日产量，而数据6显示累计产量。 氮气泡沫表面活性剂和CO2 乳化压裂液几乎以相同的速率生产。然而，CO2 乳化压裂液的外相只有3%，而氮气泡沫表面活性剂平均为12%。
5.结论
从19世纪80年代以来CO2 乳状压裂液被认为是加拿大西部沉积盆地最成功的压裂液。 已有超过3000例CO2 乳状压裂液用在WCSB处理完成典型的致密气层。
回顾这些历史处理并对照CO2乳状压裂液替代主导地位（氮气泡沫表面活性剂凝胶）的使用，CO2乳状压裂液在防止外相方面贡献了更好的优点，同时提供了相似的或更好的日产量和累积产量。
所有分析表明天然气的价格和施工者的参与是占主导地位的，影响了每年所完成处理井的数量。
【关键词】甲醇水溶液；二氧化碳乳状液；压裂液
引言
随着世界范围地对资源不断增长的需要，石油工业需要继续开发更低渗透率气藏。极低渗透率气藏是很典型的低毛细管饱和状态，有时饱和的原始水和碳氢化合物远少于希望的常规毛细管机理所考虑的空隙系统。这些地层也被叫做风干或脱水地层并广泛存在于世上的每一个角落。
引入一个额外的不能融和的相，或增加饱和在多孔介质内存在的相（1），能完全损害碳氢化合物的渗透率或相对渗透率。这种现象通常称为水相或烃相的诱捕，并取决于当时的情况。
防止这些问题最通常的技术涉及到減少水基液体的使用。甚至液体以很低的液体滤失（去减少浸入地层的深度）也易引起风干地层自发逆流的自吸效应。减轻这种效应最有效的方法是使用界面张力还原剂（例如互溶剂或表面活性剂）或混相气体如CO2或LPG。
当转换成压裂液时，这涉及到以不伤害的方式利用以上提到的几种试剂开发压裂液体。CO2作为压裂液的一种能量手段使用是一个旧的观念（2）。这种高质量的CO2泡沫压裂液，以前已经评价过（3）。本尼恩也讨论了使用CO2和甲醇去减少和降低低渗透气藏的损害（4）。这样，所有构思的自然延伸是组合所有液体的优点，例如，开发一种乳状液使用高质量的CO2（80个质量单位或更高）和40%的甲醇代替外部凝胶相的水。
1.甲醇的特性和在压裂液地层的使用
甲醇有一些很吸引人的特性使得它在压裂液中的使用广泛（5），在水中使用40%的甲醇使表面张力从72达因/厘米降低到40达因/厘米，冰点从0℃到-40℃，比重从1到0.95。同时，水的蒸气压从20℃的17.5mm汞柱增加到46.5mm汞柱，60℃的从150mm汞柱升到300mm汞柱，它有助于液体的回收。同样，当把40%的甲醇加入水中时，液体的粘度上升60%。
一个含40%甲醇的水溶液体系能够被包括常规HPG、CMHPG的几种聚合物胶凝， 聚合物被用于纯甲醇的粘度（5，6）。这些凝胶没有沉淀与液体和气态CO2是相容的。
水基乙醇/CO2乳状液的流变性以前用仪器测试描述过（7）（数据1）。这是一种修改过的PC—10水泥稠度计转变成的重复循环流动的流变仪。这种以水基乙醇为基胶的压裂液被注入到仪器的真空管5中。在室温和5.5 MPa下，一定量值的液态CO2被引入到真空管2中。然后这个系统被空气动力泵加压到大约7至8MPa，用空气动力泵使含有液态CO2（80%的体积比）的液体循环往复地恒定体积流动，直到在可视玻璃观察看到均一体系，取循环混合物作为流变仪的测量读数。这个系统能够被加压、加热到井下条件下的流变性测试。测量也可单独用于液体。
2.流体静力学特性
乳化压裂液的流体静力学压力，其特性是可以压缩的，这取决于温度与压力，在高压的压裂处理条件下，液态CO2的密度保持相对恒定，因为液态CO2在处理条件下超过1.1g/cc（1）一点，这种乳化液的密度接近1，忽略了液体中乙醇的影响。
3.摩阻特性
80个质量单位的CO2乳化压裂液的摩阻与80个质量单位的常规CO2泡沫压裂液比较，支撑剂传送和液体效率与泡沫的一样好。
4.WCSB的历史应用
早在1981年水基乙醇/CO2乳化液作为压裂液在加拿大西部沉积盆地（WCSB）应用超过了60个地层。表1列出了用乳化压裂液处理地层的情况。尽管第一次使用早在19世纪80年代，然而直到19世纪90年代中期工业上才开始接受，到目前为止，已有超过3000例CO2 乳化压裂液用于WCSB地区。当前，每年有400到550例使用CO2 乳化压裂液。最通常处理的地层是Belly River、Viking、Glauconit和Edmonton地层。大多数施工者会在Belly断层和Edmonton地层选用这种液体。处理的深度范围是从100到3700米。典型的深度是比1100米稍微少一些。大部分处理过的井都是气层。
地层特性综合展示了CO2 乳化压裂液对致密气井是有益的。地层的渗透率从0.001mD到5mD，地层温度从10℃到120℃， 井底压力范围从5 MPa到35 MPa。
在70%以上的历史记录中，井下支撑剂的浓度通常为1000Kg/m3（8.3ppg），在处理过程中泵注支撑剂的平均毛重从10吨至150吨，典型的处理泵注5吨到15吨，在所有完成的处理中外相不到9%，相比所有氮气泡沫压裂液完成处理，外相达到了15%。通常，处理的泵注排量以3m3/min的速率进行，但是泵注排量可以高达6m3/min也可以低到1m3/min。
Belly River地层通常用CO2 乳化压裂液处理， 它主要由很细的泥岩和细砂岩层与层相互交叠构成。地层上层部分的主要砂岩单元由很细到中细的砂岩组成。它向北以Alberta为中心，向南远达美国边境， 层床延伸Rocky山麓，向东变薄，其最远端在Saskatchewan东部。数据3显示了在Belly River地层用普通液体处理过的井的平均日产气量。数据4显示了累计的产量数据。这个数据清楚地表明了用CO2乳化压裂液处理的好处。另外，使用CO2乳化压裂液处理时脱砂率也在显著减少。氮气泡沫表面活性剂的外相百分比为31%，相比之下，CO2 乳化压裂液的外相百分比仅为3%。
很多CO2 乳化压裂液的也用于Viking地层。这些Viking地层是由很薄的砂岩和交替夹杂泥岩、页岩的粉砂岩组成。洗井产出砂岩组分包含由细到粗晶的砂粒，在某些地方也有砾岩和卵石岩，地层的延伸以Alberta为中心，向东变薄至Saskatchewan-缅边境。数据5显示了在Viking地层的井的平均日产量，而数据6显示累计产量。 氮气泡沫表面活性剂和CO2 乳化压裂液几乎以相同的速率生产。然而，CO2 乳化压裂液的外相只有3%，而氮气泡沫表面活性剂平均为12%。
5.结论
从19世纪80年代以来CO2 乳状压裂液被认为是加拿大西部沉积盆地最成功的压裂液。 已有超过3000例CO2 乳状压裂液用在WCSB处理完成典型的致密气层。
回顾这些历史处理并对照CO2乳状压裂液替代主导地位（氮气泡沫表面活性剂凝胶）的使用，CO2乳状压裂液在防止外相方面贡献了更好的优点，同时提供了相似的或更好的日产量和累积产量。
所有分析表明天然气的价格和施工者的参与是占主导地位的，影响了每年所完成处理井的数量。