液态CO2压裂技术与工艺研究

张世春

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.西部低渗-特低渗油藏开发与治理教育部工程研究中心，陕西西安 710065）

液态CO2压裂技术与工艺研究

张世春1，2

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.西部低渗-特低渗油藏开发与治理教育部工程研究中心，陕西西安 710065）

本文通过对液态CO2压裂关键技术要求做了介绍，并结合现场压裂初期的非稳态变化过程和稳定状态进行分析，对液态CO2压裂技术在油气田的现场应用提供参考。

液态CO2压裂；体积排量；黏度

液态CO2压裂技术将混合有支撑剂的液态二氧化碳利用密闭混砂车泵入地层进行压裂作业。其CO2密闭混砂车，技术占有核心地位。该工艺典型处理范围是在114 m3～136 m3的液态二氧化碳中加16 t～21 t支撑剂。液态CO2压裂技术可以解决低压低渗以及水敏性地层在利用水力压裂时存在的问题。

1 液态CO2压裂技术要求

压裂过程中对于携砂液的携砂能力具有很高要求，而且在作业过程中对于其泵送速度和湍流度具有严格要求。作业过程中如果携砂液的泵入速度过低，其携砂能力会严重下降；泵入速度过高，又会使得携砂液的消耗量及泵送摩阻增加，结果会使得压裂作业成本过高。将液体CO2用于携砂液而不添加水或其他处理剂是CO2压裂作业的核心技术[1]。由于液体CO2的黏度约为水黏度的1/10很低，作为携砂液其携砂能力较差，为了满足压裂的施工要求，压裂施工时最好使用压裂作业技术要求排量在5.0 m3/min～9.0 m3/min的φ114.3 mm或φ139.7 mm的压裂管线。

2 液态CO2压裂工艺中非稳态过程分析

在作业现场进行模拟压裂初期压裂液的非稳态过程（见图1）。通过分析图1（a）可知，压裂初始阶段，压裂液从井口泵入地层的过程中，前期泵入的压裂液会被地层迅速加热，压裂液进入井筒后使得井筒周围的地层温度降低，压裂液与地层的温度差不断减小，经过2 min～5 min后，两者温度差逐渐趋于零[2]。在压裂作业中常使用φ114.3 mm或φ139.7 mm的管道输送压裂液，因此以压裂液排量5.0 m3/min～9.0 m3/min对压裂初期非稳态过程进行分析，结果（见图1、表1、表2）。

由图1（b）可知，当压裂稳定后井底压力值高于压裂初期井底压力值。在压裂过程中，地层温度较高，对泵入的液体CO2压裂液进行加热会导致压裂液密度降低，泵入压裂液的摩擦压降也将不断变化。

图1 压裂液泵入地层后其参数随时间的变化关系图

表1 φ114.3 mm管道不同排量时压裂液参数计算表

表2 φ139.7 mm管道不同排量时压裂液参数计算表

图1（c）中压裂液泵入量为6.0 m3/min，当压裂液泵送至地层深度2 000 m处时，由于升温膨胀，压裂液膨胀率高达17.2%。在进行施工作业时，泵入的温度较低的液体CO2使得压裂管线遇冷收缩，因此，作业时为避免压裂事故的发生，禁止使用应力调解采油封隔器，而应该使用压力调解采油封隔器。

3 结论

（1）在压裂目的层位，地层温度变化会引起地层应力变化，其变化结果对于压裂井井筒射孔孔眼附近地层的开裂有极大的帮助作用。

（2）液体CO2用于携砂液而不添加水或其他处理剂，故压裂液中只有液态CO2和支撑剂颗粒，对地层无污染。而且液态CO2易溶于油和水，其溶于油后可以降低油的黏度从而改善其流动性；溶于水后生成pH值在3.3～3.7的碳酸水溶液，在与含有黏土的地层接触之后可以抑制黏土膨胀。

（3）随着井深的增加储层的温度梯度不断加大。当井深为2 000 m时，地层温度较大易引起井筒周围储层热应力增加，易于储层压裂。

（4）在压裂作业过程中液态CO2与其他施工流体混合后，在被泵入井内过程中其仍然能保持液态，进而维持液态CO2良好的携砂性能。

［1］刘青峰，马晓爽.液态CO2压裂技术及在油田增产中的应用［J］.中国科技博览，2011，（15）:286.

［2］陆友莲，王树众，沈林华，宋振云，李志航.纯液态CO2压裂非稳态过程数值模拟［J］.天然气工业，2008，28（11）:93-95+144-145.

Research and field application of liquid CO2fracturing technology

ZHANG Shichun1，2
（1.College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China；2.MOE Engineering Research Center of Development＆Management of Western Low ＆ Ultra-Low Permeability Oilfield，Xi'an Shanxi 710065，China）

Based on the key technology of liquid CO2requirements of the fracturing is introduced,and combined with the unsteady process and steady state change process of fracturing early analysis,provide technical reference for the field of liquid CO2fracturing of oil and gas fields.

liquid CO2fracturing；volume displacement；viscosity

TE357.13

A

1673-5285（2017）11-0059-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.014

2017-10-26

张世春（1992-），硕士，就读于西安石油大学油气田开发工程专业，目前从事于天然气开采，提高采收率方面的研究工作，邮箱：1256139052@qq.com。