二氧化碳干法压裂技术应用现状与发展趋势

董家峰

[摘 要]国内外的成功应用表明，二氧化碳压力技术是可行的。二氧化碳压裂技术使用无水的液态CO2作为压裂介质，相比水基压裂体系具有优势。目前二氧化碳压力技术也存在一些问题，包括携砂及降滤失性能差，需要研制高效增稠剂、减阻剂等；该技术对混砂设备要求较高，是制约技术发展的问题之一。

[关键词]二氧化碳压裂；增稠剂；机理；混砂设备

中图分类号：TE345 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0130-01

引言

目前国内外开发非常规资源的主要方式是对储集层进行改造。常用的储集层改造技术主要是水力压裂技术，是使用水基的压裂液来对储集层进行造缝压裂改造的一种技术。该技术在运用过程中由于要使用大量大的水，以及压裂液返排不完全的问题，对储层会造成一定的伤害，同时也面临污水处理费用高的问题。

CO2压裂技术是近年来发展起来的一种新技术。该技术用CO2替代常规的水基压裂液，具有一系列优点。该技术是一种非水基压裂体系，从而避免了水相对敏感储层的水敏/水锁伤害；该技术返排出的是气相CO2，返排快速彻底没有残渣，不会对已造的裂缝造成伤害； CO2作为气相有更好的流动性，可进入水基压裂体系进入不了的微裂缝，加强裂缝与储层的连通性；CO2具有非极性分子结构，能够大量溶解于原油中，使原油体积大幅膨胀，增加底层弹性能量[1-4]。

1 国内外研究进展

1.1 国外研究进展

二氧化碳无水压裂技术在20世纪80年代在美国首次应用，已应用于各类型储层，压裂作业井次超过800口，最大作业井深超过3000 m。1986年德国费思道尔夫采用二氧化碳无水压裂技术取得巨大成功，增产近12倍。美国在Cotton Valley致密砂岩气藏应用该技术，结果表明其增产效果要明显好于水基压裂体系。进入本世纪北美Ohio页岩气田开发过程也进行了应用，伯灵顿公司页岩气二氧化碳泡沫压裂获得成功。

1.2 国内研究进展

20世纪90年代以来国内的大庆、吉林、长庆苏里格气田相继进行了试验。长庆油田进行了CO2泡沫压裂试验，先后应用22井次，获得了很好的效果，有的井产量提高达到11倍。

2 二氧化碳压裂增产机理及技术优点

二氧化碳压裂技术使用无水的液态CO2作为压裂介质，使用低密度陶粒等高强度固体颗粒作为支撑剂，通过压裂车组以较大压力与排量注入井下压开地层，形成裂缝。

由于二氧化碳独特的物理化学性质，与水力压裂技术相比具有以下技术优点：

（1）由于没有水相，不对地层造成水锁水敏伤害。

（2）返排迅速无残渣，不会对已造的裂缝造成伤害。

（3）可进入水基压裂体系进入不了的微裂缝，加强裂缝与储层的连通性。

（4）CO2能够大量溶解于原油中，降低原油粘度，使原油体积大幅膨胀，增加底层弹性能量。

3 二氧化碳压裂技术存在的问题

3.1 携砂及降滤失性能

液态二氧化碳本身黏度较低，通常只有0.02～0.17 mPa·s，携砂能力弱，只能使用低密度支撑剂；滤失量较大，不适合高渗透油藏。在液态二氧化碳中添加增稠剂可以大幅度提高黏度，通常能够达到百倍以上，是增强二氧化碳携砂能力及降滤失能力的有效方法。

目前国内外研究液态二氧化碳增稠剂进展是相对缓慢的，主要存在以下几个方面难题：聚合物在CO2中的溶解度较低，通常需要加入大剂量的增稠剂才能较大幅度提高黏度；目前增稠性能最好的氟基增稠剂非常昂贵，在一定程度上限制了增稠剂的应用；温度压力对增稠剂在CO2的溶解度有一定影响，由于井底温度压力情况复杂，一单溶解度降低会造成增稠剂析出沉淀，污染地层。

3.2 摩擦阻力

液态二氧化碳是一种牛顿流体，在管柱中有较高的流动摩擦阻力。目前国内外对液态二氧化碳减阻剂的研究较少，而在水溶液中适用的常规聚合物减阻剂则不适于液态二氧化碳，因而必须开发出出一种能大幅降低液态二氧化碳在管柱中流动阻力的高效减阻剂。

3.3 压裂施工设备

二氧化碳压裂技术的主要设备包括增压泵、混砂设备和压裂车组等，其中制约该技术发展的主要是混砂设备。液态二氧化碳黏度低，携砂性能差，这就要求混砂设备能够高效混砂；液态二氧化碳若接触空气一部分气化吸收大量热，一部分会冻结为干冰，造成管线堵塞，这就要求混砂设备有较高的密闭性与防冻性，同时能够排出气态二氧化碳；混砂设备需要对支撑剂进行预冷却，若支撑剂含有水份会冻结成块，会造成混砂不均甚至砂堵；混砂设备还必须预留增稠剂接口。

4 结论与认识

（1）国内外的成功应用表明，二氧化碳压力技术是可行的。

（2）二氧化碳压裂技术使用无水的液态CO2作为压裂介质，相比水基压裂体系具有优势。

（3）目前二氧化碳压力技术也存在一些问题，包括携砂及降滤失性能差，需要研制高效增稠剂、减阻剂等；该技术对混砂设备要求较高，是制约技术发展的问题之一。

参考文献

[1] 贾学高.粘度高稠油开采方法的现状与研究进展.石油天然气学报（江汉石油学院学报），2008，30（2）：529-537.

[2] 吴国庆，黄立信，陈善锋.稠油化学吞吐技术研究[J].西安石油学院学报：自然科学版，2000，15（2）：29-32.

[3] 陈荣灿，霍进，郭新和.稠油注蒸汽加氮气吞吐实验研究[J].特种油气藏，1999，6（3）：62-67.

[4] 刘文章.稠油注蒸汽热采工程[M].北京：石油工业出版社，1997.