液态二氧化碳压裂技术研究现状与展望

宋远飞　孙鹏勃

摘 要：液态二氧化碳压裂技术是生产运营过程中增产改造的一种常见工艺技术，而将液态的二氧化碳作为压裂液具有多种优点。液态二氧化碳是一种无毒、无味的物质，在其使用过程中，不会对储层造成任何伤害。过去，压裂技术中使用最多的就是水基压裂液，水基压裂液在致密气藏、页岩气藏开发中具有许多问题，而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一不足。下面，结合液态二氧化碳压裂技术的使用现状，深入探讨了液态二氧化碳的应用特点、发展现状和研究方向，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：液态二氧化碳；增产技术；压裂改造工艺；生产性能

中图分类号：TE357.1+3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.014

目前，压裂改造是最主要的增产技术之一，它在低渗、特低渗致密油气资源的开发中具有较强的实用性，特别是在油气资源密集的页岩油气资源的开发过程中，该方法也具有较好的发展前景。传统的压裂液在使用过程中需要耗费较多的水资源，而且还有可能会污染地下水和地表环境。而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一现状，压裂后的二氧化碳变成气体从地层中完全排出，对储层几乎无伤害，因而在低渗、低压、水敏性储层开发中得到了广泛的应用。

1 液态二氧化碳压裂技术特点分析

在液态二氧化碳的压裂过程中，液态的二氧化碳是最主要的压裂液。该方法主要是采取一定的技术手段将二氧化碳加压、控制温度等，进而满足实际压裂工况。通常情况下，在一般环境下，二氧化碳由气态转变为液态的临界温度是31 ℃，临界压力为7.38 MPa，而且液态二氧化碳的密度与水的密度相差不大，而对其加压后，液态二氧化碳的黏度则大大降低了。在实际工程中，液态二氧化碳在使用后可以转变为气态物质，从而便于其从地层排出，不会对地层造成危害。所以，液态二氧化碳压裂技术是一种真正的无伤害工艺。与传统的水基层压裂技术相比，液态二氧化碳压裂技术具有以下特点；①将液态的二氧化碳作为压裂液，能够对储层产生较小的伤害。二氧化碳作为一种非极性分子，在使用过程中，能够更好地溶于原油，大大降低原油的黏度。这样一来，就为原油的自然流动创造了较好的条件。此外，二氧化碳是一种酸性气体，在溶于水后，会与水反应生成碳酸，碳酸具有一定的酸性，能够抑制土壤的膨胀。当土层中的温度高于31 ℃时，液态二氧化碳会转变成气态物质，能够及时从土层中流出，进而避免了对裂缝流动能力的影响。②液态二氧化碳压裂技术具有很强的返排能力。随着温度的不断升高，液态二氧化碳的总体积也会不断增大。当温度超过40 ℃时，液态二氧化碳就能够全部转变成气态物质，气态二氧化碳能够不断增强其地层能量，进而缩短投产周期。③液态二氧化碳压裂技术在使用过程中所需的作业成本比较低，具有较好的经济效益。这是因为二氧化碳本身就是一种催化剂，不再需要更多的化学添加剂，所以，在压裂过程中，不会产生过多的压裂废液。这不仅避免了对环境的污染，而且还节约了成本。从这个角度分析，使用液态二氧化碳压裂技术的油气产量高，且稳产期长，能够获得良好的经济效益。

2 液态二氧化碳压裂技术的研究进展分析

液态二氧化碳压裂技术的发展分为以下几个阶段：①纯液态二氧化碳加砂压裂技术阶段。早在20世纪60年代，就有许多生产工程将二氧化碳当作压裂液，将液态的二氧化碳充当增能助排剂，以增加油气井的开采量。②液态二氧化碳/氮气压裂技术阶段。20世纪末期，美国发明了一种新的携砂压裂工艺技术，就是在液态二氧化碳中添加一定比例的氮气。在近20年的实践中发现，这种技术手段具有较好的发展前景，其施工流程与液态二氧化碳加砂压裂类似，即先对支撑剂加压预冷，然后液态二氧化碳与支撑剂混合，并经压裂泵车增压，在井口与氮气按一定比例混合后泵入地层。该技术手段与液态二氧化碳压裂相比，增产效果相当，而且大大降低了平均单井成本。③液态二氧化碳/氮气泡沫压裂技术阶段。该技术是BJ公司于1998年开发实现的，其主要操作是在液态的二氧化碳中加入一定比例的氢氟醚类起泡剂，并且要保证其能够全部溶解，然后再向添加剂中加入一定比例的氮气，使整个体系形成一种稳定性好、黏度高的非常规泡沫流体，并以此作为携砂液的压裂工艺。

3 液态二氧化碳压裂技术展望分析

要想从根本上提高液态二氧化碳压裂技术的效率，应该从以下三个方面入手；①进一步提高液态二氧化碳的携砂能力。这不仅是扩大液态二氧化碳压裂技术实用范围的根本保证，还是降低施工摩阻的关键。目前，我国提高液态二氧化碳携砂能力的主要方法就是提高液态二氧化碳的黏度，但是，这种方式会提高其摩阻。为此，还应该加强对液态二氧化碳携砂能力方法的研究。②在实际工艺中不断优化液态二氧化碳压裂工艺。通过研究液态二氧化碳的流动特性、对流换热特性和携砂特性等参数来为施工压力预测、压裂管柱和支撑剂 （ 尺寸、密度）优选提供可靠的参考依据。③加强对液态二氧化碳压裂增产机理的研究。对液态二氧化碳压裂增产机理的研究应该从分析液态二氧化碳破岩、裂缝延伸和增渗等角度入手，这样才能够为液态二氧化碳压裂裂缝形态的预测提供可靠的依据。

参考文献

[1]王香增，吴金桥，张军涛.陆相页岩气层的CO2压裂技术应用探讨[J].天然气工业，2014（01）.

[2]田磊，刘小丽，杨光，等.美国页岩气开发环境风险控制措施及其启示[J].天然气工业，2013（05）.

[3]李宪文，张矿生，樊凤玲，等.鄂尔多斯盆地低压致密油层体积压裂探索研究及试验[J].石油天然气学报，2013（03）.

[4]苏伟东，宋振云，马得华，等.二氧化碳干法压裂技术在苏里格气田的应用[J].钻采工艺，2011（04）.

[5]陈作，薛承瑾，蒋廷学，等.页岩气井体积压裂技术在我国的应用建议[J].天然气工业，2010（10）.

〔编辑：白洁〕