二氧化碳干法壓裂技術—應用現狀與發展趨勢

陳堯（中國石油集團長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧　盤錦　124000）

二氧化碳干法壓裂技術—應用現狀與發展趨勢

陳堯（中國石油集團長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧盤錦124000）

二氧化碳壓裂可分為干法壓裂與泡沫壓裂兩種，干法壓裂的壓裂介質主要是純液態二氧化碳，先對支撐劑進行加壓降溫至液態二氧化碳儲罐壓力與溫度，專用混砂設備中同液態二氧化碳相融合，接下來借助高壓泵泵進井筒做壓裂處理。干法壓裂具有常規壓裂技術不可替代優勢，但是也不可否認其也有一定缺陷存在，本文接下來就將著重分析此技術應用現狀和發展趨勢，希望可以給相關工作人員帶來一些啟示，也能對相關事業發展做出一定貢獻。

干法壓裂；應用現狀；發展趨勢

現如今，油氣壓裂改造以常規型水基壓裂溶液為主，但在強水敏水、低滲與低壓鎖油氣藏方面，因為地層壓力較低，便等于有了壓后液體回流難等問題，同時因為地層粘土水敏嚴重、含量高、壓裂液會在某種程度上破壞地層，尤其油田開發末尾階段，伴隨地層能量漸漸減少，部分油氣井壓以后兩小時以內井口壓力降至零，這就為壓裂液的反排帶來較大難度，而且壓裂效果逐漸變差。二氧化碳壓裂又分為干法壓裂與泡沫壓裂兩種。而其中的干法壓裂指的是用液態二氧化碳替代常規的水力壓裂而形成一類無水壓裂系統，本文接下來就將針對此技術應用現狀和發展趨勢進行深入研究。

1　二氧化碳干法壓裂技術研究和應用現狀

十九世紀的中后期，液態二氧化碳在天然氣和石油等方面大面積應用。直至1985年，有學者開始針對二氧化碳干法壓裂開展數值模擬等方面研究。在1987年，加拿大做干法壓裂共計四百多次，被普及應用到三十多種地層當中，當中超出95%是氣井，其它是油井，這也意味著干法壓裂已經到了一個相對成熟的應用階段［1］。相關資料表明，到2004年，由加拿大與美國所率領北美地區完成超出千余次干法加砂實際場地應用，尤其頁巖氣儲層增產效果十分突出。液態二氧化碳充當壓裂液是存在不能忽視缺陷的，原因是二氧化碳液態粘度大約是0.09mPa· s，氣態與超臨界粘度在0.03mPa·s左右，要比水低很多。較低粘度造成其壓裂液存在較大濾失量，攜砂與造縫能力薄弱，對壓裂施工規模擴大構成了較大阻礙，要提升粘度對體系性能加以改善［2］。所以，想辦法提升液態二氧化碳粘度，使其攜砂能力增大，施工規模擴大，就成為此壓裂液成功應用關鍵所在。提升二氧化碳粘度方法即加入和二氧化碳相溶化學試劑。液態二氧化碳屬于非極分子，為一類十分穩固溶劑，且其粘度、表面張力與介電常數偏低，普通增稠劑沒辦法和液態二氧化碳起到混溶提粘效果。國外相關研究指出經加入部分特殊相對分子的質量較低的化合物便能達到二氧化碳密度增大效果，但是實際密度對干法壓裂技術性能影響有待未來進一步考察。

2　二氧化碳干法壓裂技術發展趨勢

溫度大于31.27℃，壓力在7.39MPa以上時，二氧化碳便會處于超臨界狀態。該狀態同氣態和液態流體形態不同，此狀態二氧化碳分子間具有較小的作用力，而且表面幾乎無張力，有較大流動性，同氣體雷同，但密度較大，同液體類似，對于非極性的溶質溶解能力較強。該狀態壓裂工藝是發展前景廣闊干法壓裂中的一種。同傳統干法壓裂相似，超臨界狀態壓裂也同樣結合100%二氧化碳當作介質，所以傳統干法壓裂優勢被全部保留下來了。兩者不同之處主要是超臨界狀態壓裂開始結合二氧化碳工作液具有較高溫度，所以井筒當中溫度可以達到臨界值，進而形成超臨界狀態，而對那些較淺井，井筒中二氧化碳沒辦法馬上進入到臨界狀態，可將加熱設備設置于井口。所以，超臨界狀態壓裂工藝更加具有本身獨有優勢。我們以施工壓力為例，因為具有較強流動性，超臨界狀態二氧化碳具有較強破巖能力。有學者研究指出，大理石巖中超臨界狀態二氧化碳破巖門限的壓力為占水60%左右，頁巖巖樣當中要比50%還小，基于90MPa壓強超臨界狀態二氧化碳較192MPa的水擁有更強破巖能力［3］。另外，超臨界狀態二氧化碳摩阻較液態二氧化碳摩阻更小。所以，同傳統干法壓裂比起來，應用超臨界狀態二氧化碳充當壓裂介質施工壓力大幅減少，施工成本也明顯下降。而且超臨界狀態壓裂工藝較傳統干法壓裂具有更大增產效果，但是卻具有更低黏度，而這就需要今后專家學者針對該工藝特性，更有利用其優勢避免其劣勢，實現科學增產效果。

3　結語

通過二氧化碳壓裂液應用能夠大幅減少壓裂施工水和地層接觸頻率，進一步減少水鎖與水敏給地層帶來侵害，可以說其在壓裂改造方面呈現出技術優越性，是具有廣闊應用空間與良好發展趨勢的。充分調研及了解二氧化碳干法壓裂應用現狀和發展趨勢前提下，精研一套二氧化碳干法壓裂技術體系，并結合不同地區地質特點，開展二氧化碳干法壓裂適應性實驗，才能進一步做好二氧化碳干法壓裂性能評估和對工藝參數的模擬，同時對配套設備進行不斷補充完善，在經濟和環境方面取得最大效益。

［1］田磊，何建軍，楊振周等.二氧化碳蓄能壓裂技術在吉林油田的應用［J］.鉆井液與完井液，2015，06:78-80+84+109.

［2］管保山，劉玉婷，劉萍等.煤層氣壓裂液研究現狀與發展［J］.煤炭科學技術，2016，05:11-17+22.

［3］郭洋，楊勝來.煤層氣壓裂和排采技術應用現狀與進展［J］.天然氣與石油，2011，04:62-64+96.