二氧化碳壓裂液研究及應用現狀

鄭觀輝（長城鉆探工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010）

二氧化碳壓裂液研究及應用現狀

鄭觀輝（長城鉆探工程技術研究院，遼寧 盤錦 124010）

二氧化碳（CO2）壓裂液目前被廣泛應用，發展勢頭良好，針對低滲、強水敏及水鎖性的油氣藏，二氧化碳壓裂液能夠顯現出迅速返排、徹底破膠的優勢。CO2壓裂液主要可以分為泡沫壓裂液和干法壓裂液，由于前者有酸性交聯合兩相流的特點，導致液態的CO2粘度過低，我國的CO2壓裂液研究起步晚，目前還不太成熟，本文主要探討了CO2壓裂液的相關研究和應用現狀。

二氧化碳壓裂液；CO2；泡沫壓裂液；干法壓裂液；應用現狀

現在，在油田開發的過程中尤其是在中后期，由于較低的底層壓力，低滲、強水敏水鎖油氣藏中經常出現壓后返排問題，此外，地層能量的不斷下降再加上壓裂液給地層的傷害，很多油氣井在壓后一兩個小時內壓力就下降沒了，壓裂很難達到效果。然而，CO2壓裂液的運用能夠有效避免水和地層的碰觸，有效降低水鎖水敏對地層的損害。其中泡沫壓裂液能夠把液態CO2和常規水基壓裂液混合為穩定的泡沫用于施工，干法壓裂液是使用液態的CO2代替常規水力壓裂液用于施工。

1 CO2壓裂液優點

1.1 CO2泡沫壓裂液優勢

第一，CO2的內相特性在入井液量方面有所降低，避免了常用的水基壓裂液對地層的損害。第二，CO2的汽相特性的存在使二氧化碳提供的能量能夠在最短時間內清除儲層中壓裂液剩余的液體，加速幫助返排，降低水鎖水敏帶來的損害，同時，避免了斷裂面旁邊的滲透率損失。第三，在成本使用方面，由于不需要處理抽汲井也不需要回收壓裂液，所以性價比高，成本低，很適用于油氣藏改造。

1.2 CO2干法壓裂液優勢

第一，無水相性可以避免水敏水鎖的損害，第二，由于壓裂液的較低的界面張力，在其受熱以后可以從儲層中快速返出，第三，壓裂液無殘渣的優點能夠很好地清潔裂縫導流床，使其導流能力和裂縫長度得以保留。第四，CO2很高的溶解度可以有效降低原油的粘度，改善其流動性。第五，較低的CO2界面張力能夠有效解析非常規天然氣儲層中的吸附氣。

2 CO2泡沫壓裂液的相關研究及應用現狀

針對二氧化碳泡沫壓裂液的研究開始于20世紀60年代，德國費思道爾夫在石炭系士蒂凡組氣藏的壓裂改造中試驗成功，美國也運用泡沫壓裂液取得了增產效果，現在，國外的這項技術基本成熟，更加注重內相氣泡的控制，耐溫耐剪切性能很好，最大攜砂濃度可達1 400 kg/m3，加砂規模達到150 t，能夠用于大型加砂壓裂。國內的研究在90年代才開始，受到耐高溫稠化劑和添加劑研究的限制，泡沫壓裂液在應用方面還不成熟，相關的施工設備和技術不完善，泡沫壓裂液主要由交聯凍膠和液體的CO2構成，其pH值成酸性，在稠化劑選擇方面一般使用CMHPG（羧甲基羥丙基瓜爾膠），但是國內沒有相關的成熟產品，仍然使用HPG（丙基瓜爾膠），其在酸性條件下很容易破膠，這成為研究的關鍵。

川慶鉆探有限公司研究出了酸性膠聯劑AL-1，和HPG稠化劑、WDJ-2起泡劑及CF-5E助排劑聯合構成了一套壓裂液體系。這套體系在穩定性和耐溫耐剪切性方面具有優勢，相應的濾失量較低，避免了對地層巖心的損害，這套體系被應用于蘇里格氣油田中，并且取得了巨大的增產效果。

中原石油勘探局和西南油氣合作研發出一套酸性交聯壓裂液體系，其泡沫質量能夠達到53%-60%，耐高溫達性強，最大的入井深度達3700m，同時，運用美國SS公司的設備取得了進展，此外，此公司還研制出與國內情況相結合的HV-100 CMH?PG，其不溶性的殘渣很少，并且在3789m的深井二氧化碳泡沫壓裂液試驗中使用了此款產品，并取得了成功。吉林、大慶等油田也進行了泡沫壓裂液的相關開發和具體實驗，在低滲透性的油氣開發中取得了效果。這一系列改造技術有效解除了排液的問題，避免對油氣層的損害。

3 CO2干法壓裂液的相關研究及應用現狀

1981年，學者們初次提出了純液態CO2作為壓裂液進行施工并首次應用于加拿大Glauconite砂巖油藏，1985年開始研究干法壓裂液技術，加拿大總共進行相關實驗450井次，運用于不同種類的地層超過30類，大部分是氣井，這標志著干法壓裂的成熟運用。但是由于液態二氧化碳粘度比較低，攜砂及造縫能力弱，應用規模有限，因此，需要使用和二氧化碳溶解到一起的化學劑來增加其粘稠度，需要通過增加低相對分子質量化合物來提升CO2的粘稠度。國內的相關研究開始于21世紀，川慶鉆探攻速運用模擬技術探究而二氧化碳和提粘劑的結構，實驗不同提粘劑的效果，在62℃～63℃、15～20 MPa這樣的條件下，可以將干法壓裂液粘度提高到5～10 mPa·s，有效降低了對油氣井巖心的損害率。與2011年再蘇里格氣田試驗了這項研究，2013年又進行了干法加砂壓裂實驗，施工排量是2.0～4.0 m3/min，加砂量是2.8 m3，和傳統的壓裂技術相比，產效顯著。

4 結語

二氧化碳壓裂液的運用能夠有效減少水和地層接觸的可能，減少了對地層的傷害，技術優勢明顯，效果顯著，對于泡沫壓裂液的酸性交聯的特征，交聯劑的開發應該作為重點，研發較高技術含量的稠化劑，此外，提高二氧化碳粘度能夠有效改善干法壓裂液的攜砂性，拓展干法加砂的應用，實現增產增效。

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