二氧化碳干法壓裂技術應用現狀與發展趨勢

趙凱靈

二氧化碳干法壓裂技術應用現狀與發展趨勢

趙凱靈

（中石化中原工程公司井下特種作業公司，河南濮陽 457100）

二氧化碳干法壓裂技術和常規的水力壓裂技術相互比較，其具有十分明顯的優勢，二氧化碳干法壓裂技術不單單具有比較高的返排，對儲集層的傷害強度也比較小。此外，二氧化碳干法壓裂技術的增產幅度也相對較大。但是隨著二氧化碳干法壓裂技術的不斷發展，也出現了很多的問題，比如液態二氧化碳的摩阻比較高，且其粘度較低。因此，懸砂能力以及降濾失性的性能也相對較差，這對于壓裂造縫的影響就比較大。而二氧化碳的相變化也比較復雜，所以在實際的二氧化碳干法壓裂技術運用過程中很難控制好氣相變。而二氧化碳干法壓裂技術所用的壓裂設備也需要逐步完善，其中的關鍵設備密閉混砂車也存在著相對比較明顯的缺陷。

二氧化碳干法壓裂技術；應用現狀；發展趨勢

1　二氧化碳干法壓裂技術介紹

二氧化碳干法壓裂技術中所使用的液態二氧化碳是100%的，且是一種壓裂介質。在使用該技術的過程中，我們需要利用支撐劑來釋放二氧化碳的儲罐壓力以及控制溫度，同時在專用的混砂機內使得其和二氧化碳干進行相互混合，最終使用高壓壓裂泵把其泵入到井筒中進行壓裂工藝［1］。

使用二氧化碳干法壓裂技術時需要把幾個二氧化碳干儲罐相互并聯，然后使儲罐和二氧化碳的增壓泵車以及井口裝置等相互連通，同時監控其工作狀態。然后把支撐劑以及二氧化碳放入密閉式的混砂罐中。其實，我們需要對高壓管線以及低壓供液管線等進行試壓操作，只有試壓的結果符合實際的要求時才可以進行后續的操作。液態形式的二氧化碳注入地層的溫度為-25～-15℃，在壓開地層的同時，需要使縫隙之間相互延伸，在把支撐劑注入后，需要進行頂替，直到支撐劑被全部注入到地層中再停泵。而壓碎施工結束之后，需要關閉井口2h左右。當進行壓后返排時，我們不單單要控制好返排的速度以便更好的防止吐砂，還需要充分的利用好二氧化碳，進而使得其快速的被返排，這樣可以利用比較小口徑的油嘴來操控速度值，然后再使用比較大口徑的油嘴，最后利用相應的檢測儀器來檢測二氧化碳的濃度，并記錄其中的變化值。

二氧化碳干法壓裂技術中所使用的二氧化碳壓裂液是高壓密閉條件下的，在整個工藝技術中所使用的設備與常規的水壓裂大不相同。二氧化碳儲罐的數量沒有特殊的要求，但是需要把其用于二氧化碳的加壓降溫中，并保持器溫度在-34.4℃，處于1.406MPa。而二氧化碳的增壓泵車則是把處于液態狀態下的二氧化碳在儲罐中的壓強增加，并使其為2MPa左右。密閉混砂車是二氧化碳干法壓裂技術中所需要的關鍵性設備，且是一個相對較大的密閉式的壓力儀器，在密閉混砂車中需要把液態的二氧化碳和支撐劑相互混合。

與水基壓裂液相比較，液態的二氧化碳具有比較特殊的物理化學性質，因此二氧化碳干法壓裂技術具有很大的優勢。不存在水相，所以有效地減少了對儲集層水的帶污染。在使用的過程中沒有殘余物質，因此不會傷害儲集層。此外，其具有良好的增強效果，因此反排的效果較為徹底。二氧化碳的流動性相對比較好，因此可以最大程度的滲入到裂縫中去。二氧化碳在降低原油的粘度上具有較好的優勢，同時還可以有效的置換出甲烷，使得石油單井的產量大大提高。

2　存在的問題

雖然二氧化碳干法壓裂技術具有很大的優勢，但是也存在一定的問題。二氧化碳干法壓裂技術在使用的過程中，由于二氧化碳的牛頓流體的性質，使得其摩擦阻力相對較高。其次，液態形式的二氧化碳的懸砂能力比較差。在壓裂施工中的二氧化碳粘度大概為0.02～0.16mPa.s，這使得濾失的量比較大，因此對于壓裂造隙的影響也相對較大，這是影響施工成敗的主要因素。在進行壓裂的過程中，二氧化碳的相態變化相對較為復雜，因此很難進行相態的預測，不利于施工效果的改善。所以，需要對施工的參數進行合理的設計，最終可以密切的關注其中壓力的變化，進而可以觀察到每個階段的相態變化，進而指導現場施工。國內的壓裂設備比較差，在密閉混砂車方面存在較大的缺陷。由于二氧化碳的干法壓裂技術和常規的壓裂機理大不相同，所以，當前的施工參數不能很好地滿足二氧化碳干法壓裂的要求。

3　發展趨勢

由于二氧化碳的超臨界具有分子作用力小，表面張力比較小的特點，所以其具有十分好的溶質溶解能力。因此，二氧化碳的壓裂工藝成為二氧化碳干法壓裂技術的前沿，并具有獨特的優勢。

1）具有較好的增產效果。超臨界二氧化碳的表面張力為零，并具有較好的流動性，因此可以進入到超臨界的二氧化碳空間。所以超臨界的二氧化碳可以最大限度地使得儲集層中的裂縫被溝通，進而有效地提高產量。

2）降低了施工的壓力，使得前期的投資成本大大降低。超臨界二氧化碳具有十分強的流動性，因此超臨界二氧

化碳也具有較高的破巖能力。同時，超臨界二氧化碳比液態的二氧化碳摩擦阻力小，可以降低施工的壓力，進而減少施工的成本。

3）研制超臨界效果的關鍵設備。超臨界二氧化碳的相態和傳統的有所不同，因此其設備的需求也不相同，我們需要根據二氧化碳的超臨界特點來研制設備保證施工產量。

4　結束語

二氧化碳干法壓裂技術是使用水基壓裂液對油氣儲集層進行相應的改造，然而水基壓裂液體的使用中出現大量的水資源浪費現象，這不單單會對儲集層帶來嚴重的損壞，還會使得地下水的污染變得嚴重，最終導致處理費用變高，增加了后期的修復投資。隨著開采的需要，二氧化碳干法壓裂技術正在不斷的完善。

［1］ 劉合，王峰，張勁，等.二氧化碳干法壓裂技術——應用現狀與發展趨勢［J］.石油勘探與開發，2014，41，（4）：466-467.

Exploration Dry Carbon Dioxide Fracturing Application Status and Development Trend

Zhao Kai-ling

Carbon dioxide dry fracturing technology and more conventional hydraulic fracturing technique compared with each other，which has obvious advantages，carbon dioxide，dry fracturing technology not only has a relatively high flowback of reservoir damage relatively strength small，in addition，the yield increased carbon dioxide dry fracturing technology is relatively large.But with the development of dry carbon dioxide fracturing technology，there have been many problems，such as liquid carbon dioxide friction is relatively high，and its low viscosity.Therefore，the ability of suspended sand and fluid loss of performance is relatively poor，which made for seam fracturing the impact is relatively large.The phase change of carbon dioxide is also more complex，so in actual use carbon dioxide dry fracturing process is difficult to control the gas phase transition.The dry carbon dioxide fracturing equipment used in fracturing technology also need to gradually improve，one of the key equipment closed Blender there are relatively obvious defects.

carbon dioxide dry fracturing technique；application status；trends

TE357

B

1003-6490（2016）06-0103-02

2016-06-03

趙凱靈（1988—），男，河南濮陽人，助理工程師，主要從事壓裂工作。

收稿日期：2016-06-03

作者簡介： 馮修燕（1984—），女，河南信陽人，講師，主要研究方向為傳熱強化與節能。