二氧化碳压裂技术研究状况探析

二氧化碳压裂技术研究状况探析

宋有裕,沙龙,苏文渊

 （延长油田股份有限公司 陕西 延安 716003）

[摘要]：近些年，随着我国油田对压裂工艺的不断研究发现采用二氧化碳压裂技术具有多项优势。特别适合低压低渗透、致密及水敏性强的复杂岩层。本文主要介绍了二氧化碳泡沫压裂技术和二氧化碳干法压裂技术的工作原来和技术特点，并对我国目前二氧化碳压裂技术存在的问题进行了概述，最后指出了二氧化碳压裂技术的发展方向，旨在为我国的压裂工艺奠定一定的理论基础。

[关键词]：二氧化碳 压裂 技术 效果

一 引言

我国目前针对低渗、特低渗致密油气藏实用性比较强的增产增效措施之一就是进行压裂工艺。而且随着技术的不断成熟，压裂工艺在油气资源开采方面具有广阔的发展前景。传统的压裂工艺在进行施工过程中会耗费大量的水资源，而且可能会对周围的地表环境造成一定程度的污染。但是采用二氧化碳压裂技术可以从根本上改变这种情况，进行压裂作业后的二氧化碳会以气体的形成从地层中排出，这样即不会对地表环境造成污染也不会伤害到储层。该技术的问世大大提升了我国压裂工艺水平，具有很广阔的应用前景。

二 CO2压裂技术及特点

2.1 CO2泡沫压裂技术

二氧化碳泡沫压裂技术指的是采用二氧化碳、增稠剂、破胶剂以及其他一些化学物质经过一定比例的调配共同作为压裂介质来进行压裂施工作业。由于压裂液中含有一定量的增稠剂，会增强整个体系的造壁能力，所有二氧化碳泡沫压裂技术在进行压裂施工的过程中滤失量小。而且，由于泡沫自身的携带作用会降低砂子的沉降速度，这说明泡沫压裂技术具有很好的携砂性能。除此之外，二氧化碳泡沫压裂能够快速返排与产层接触时间较短，能够避免避免黏土矿物的水化和运移，在水敏地层增产效果明显。

总的来说，由于二氧化碳泡沫流体具有独特的构造，这就使得二氧化碳泡沫压裂技术具有独特的优势如下：

（1）二氧化碳溶于原油能够降低原油流动阻力。在一定的温度压力条件下，二氧化碳在原油中的溶解性较好，能够有效的降低原油的黏度，降低流动阻力，继而可以提升油井产能。

(2)液体界面张力较低，能够快速返排。二氧化碳泡沫压裂液中含有一定量的表面活性剂，这导致压裂液的界面张力为清水的20%左右，油水间液面张力较低，有利于油水相的运移以及气水相的返排。而且，二氧化碳在储层中气化后的体积会迅速膨胀，进一步的增大返排能量，这也能促进返排效率的提升。

(3)该技术在高压地层中应用效果显著。相比于其他气体（比如氮气）泡沫压裂液而言，二氧化碳泡沫压裂液所呈现出来的液柱压力较高，对于井口压力的降低具有比较明显的效果。所以，二氧化碳泡沫压裂技术能够很好的在高压地层推广应用。

（4）该技术能够有效的抑制黏土膨胀，达到解堵的效果。在储层内一定的温度和压力条件下，二氧化碳极易溶于地层水中，继而形成pH 值在3-4之间的酸性溶液，地层黏土在这种酸性条件下，颗粒收缩，渗流通道增大，从而达到有效解堵的效果。而且溶液的酸性程度较低，不会对地层内的钙镁等矿物质造成溶解，继而可以避免压裂过程中出现沉淀。

（5）该技术滤失量较低，对储层伤害较小。采用二氧化碳泡沫进行压裂操作时介质主要是以泡沫的形式存在，用水量较少。泡沫在进入到近缝基质后会产生贾敏效应，导致气相介质在吼道处表现出渗流困难的现象。这样进入到油气层的液体量会大大减少，从而降低了滤失量，压裂液对储层渗流通道的伤害也会降到最低。

（6）泡沫压裂液黏度高，压裂效果显著。二氧化碳泡沫压裂液黏度高，能够有效的提高携砂性和抗剪切性，在深井和实施大规模压裂作业时具有明显的优势。

2.2 CO2干法压裂技术

CO2干法压裂技术值得是采用无水液态CO2 来作为介质，采用一些具有高强度的固体颗粒作为支撑剂，在压裂车组的作用下泵入井下以压开地层以形成压裂裂缝。从工作原理上来分析，CO2干法压裂技术采用的是非水基压裂液，相比于其他的水基压裂液而言具有如下的优势：

（1）对地层的损伤程度极低。CO2干法压裂技术可以完全避免水相侵入油气层而造成的地层的损伤，而且压裂液中所含的残渣非常少，可以确保压开的裂缝面和导流床的清洁。

（2）气体返排快，施工成本相对较低。CO2 气体会在地层压压力释放后产生膨胀，继而可以实现压裂液的快速返排，而且施工现场不需要压裂罐等设备，所以涉及到的返排压裂液的收集及处理等费用成本都可以降低。

（3）CO2气体可以对甲烷进行置换。甲烷气体在岩层的吸附能力远远不如CO2 。所以CO2 可以替换掉储层中吸附的甲烷，从而提高可以产量。同时，所吸附的CO2封存在地层中对降低温室效应具有十分重要的意义。

三 CO2压裂技术存在的问题

3.1 携砂及降滤失性能有待提升

液态CO2自身的黏度比较低，所以携砂能力弱，在应用的过程中存在较大的滤失量，因此在高渗透油藏中不太适用。但是在CO2中添加一些增稠剂可以有效的提高黏度，这是增强CO2携砂能力及降滤失能力的有效方法。但是目前存在的问题是增稠剂的选择问题，针对不同的压裂地质及压裂效果需要采用不同的增稠剂以实现产量的最大化。

3.2 摩擦阻力有待改善

液态二氧化碳属于牛顿流体，在管柱中流动时具有较高的摩擦阻力。目前我们用在水溶液中的常规减阻剂对于液态二氧化碳压裂来说效果并不是很理想。因此，针对二氧化碳压裂摩擦阻力的问题必须进一步的展开研究找到合适的高效减阻剂。

3.3 加砂范围有待扩展

在进行压裂作业时，二氧化碳需保持其液体的形态才能与支撑剂更好的混合，但是这需要在高压的环境下才能得以实现。所以，在现场制作过程中不宜选用传统的砂搅拌机，而应选用适用于二氧化碳的专门密封式砂搅拌机。同时，加砂的规模也受到闭封式混砂机的类型的影响，需要进一步的进行完善。

四 未来发展方向

综上所述，CO2压裂技术具有其他介质压裂技术无法比拟的优势，但是在施工现场为了进一步的提升二氧化碳压裂技术的效率，还需要在如下几个方面加强研究：

首先是需要进一步的提升CO2的携砂能力。目前我们提升液态二氧化碳携砂能力的途径就是提高液态CO2的黏度，但这种方式同时会使得摩阻变大。因此为了达到两者的平衡需要进一步的加强研究找到最佳的方式提升CO2的携砂能力；

其次是在施工过程中需要不断对压裂工艺进行优化，以达到最佳的增产效果。可以通过对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的研究作为支撑剂的选择、施工压裂参数预存等数据的参考依据；

最后需要进一步的对二氧化碳压裂增产机理进行研究。主要是针对液态二氧化碳破岩机理、裂缝延伸机理以及增渗机理的研究，这可以为预测二氧化碳压裂裂缝的形态提供依据。

虽然我们针对压裂的研究起步较晚，但是相信通过我国科技水平的不断提升，我们在二氧化碳压裂技术方面必将会取得重大的突破。同时，我们要借鉴国外先进的压裂经验，以找到一套适合我国地质特征的压裂体系。只有这样，我们的油气事业才能取得突飞猛进的发展。

参考文献

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