二氧化碳干法壓裂技術(shù)—應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

陳堯（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧　盤錦　124000）

二氧化碳干法壓裂技術(shù)—應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

陳堯（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧盤錦124000）

二氧化碳?jí)毫芽煞譃楦煞▔毫雅c泡沫壓裂兩種，干法壓裂的壓裂介質(zhì)主要是純液態(tài)二氧化碳，先對(duì)支撐劑進(jìn)行加壓降溫至液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐壓力與溫度，專用混砂設(shè)備中同液態(tài)二氧化碳相融合，接下來借助高壓泵泵進(jìn)井筒做壓裂處理。干法壓裂具有常規(guī)壓裂技術(shù)不可替代優(yōu)勢(shì)，但是也不可否認(rèn)其也有一定缺陷存在，本文接下來就將著重分析此技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，希望可以給相關(guān)工作人員帶來一些啟示，也能對(duì)相關(guān)事業(yè)發(fā)展做出一定貢獻(xiàn)。

干法壓裂；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)如今，油氣壓裂改造以常規(guī)型水基壓裂溶液為主，但在強(qiáng)水敏水、低滲與低壓鎖油氣藏方面，因?yàn)榈貙訅毫^低，便等于有了壓后液體回流難等問題，同時(shí)因?yàn)榈貙诱惩了魢?yán)重、含量高、壓裂液會(huì)在某種程度上破壞地層，尤其油田開發(fā)末尾階段，伴隨地層能量漸漸減少，部分油氣井壓以后兩小時(shí)以內(nèi)井口壓力降至零，這就為壓裂液的反排帶來較大難度，而且壓裂效果逐漸變差。二氧化碳?jí)毫延址譃楦煞▔毫雅c泡沫壓裂兩種。而其中的干法壓裂指的是用液態(tài)二氧化碳替代常規(guī)的水力壓裂而形成一類無水壓裂系統(tǒng)，本文接下來就將針對(duì)此技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入研究。

1　二氧化碳干法壓裂技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

十九世紀(jì)的中后期，液態(tài)二氧化碳在天然氣和石油等方面大面積應(yīng)用。直至1985年，有學(xué)者開始針對(duì)二氧化碳干法壓裂開展數(shù)值模擬等方面研究。在1987年，加拿大做干法壓裂共計(jì)四百多次，被普及應(yīng)用到三十多種地層當(dāng)中，當(dāng)中超出95%是氣井，其它是油井，這也意味著干法壓裂已經(jīng)到了一個(gè)相對(duì)成熟的應(yīng)用階段［1］。相關(guān)資料表明，到2004年，由加拿大與美國所率領(lǐng)北美地區(qū)完成超出千余次干法加砂實(shí)際場(chǎng)地應(yīng)用，尤其頁巖氣儲(chǔ)層增產(chǎn)效果十分突出。液態(tài)二氧化碳充當(dāng)壓裂液是存在不能忽視缺陷的，原因是二氧化碳液態(tài)粘度大約是0.09mPa· s，氣態(tài)與超臨界粘度在0.03mPa·s左右，要比水低很多。較低粘度造成其壓裂液存在較大濾失量，攜砂與造縫能力薄弱，對(duì)壓裂施工規(guī)模擴(kuò)大構(gòu)成了較大阻礙，要提升粘度對(duì)體系性能加以改善［2］。所以，想辦法提升液態(tài)二氧化碳粘度，使其攜砂能力增大，施工規(guī)模擴(kuò)大，就成為此壓裂液成功應(yīng)用關(guān)鍵所在。提升二氧化碳粘度方法即加入和二氧化碳相溶化學(xué)試劑。液態(tài)二氧化碳屬于非極分子，為一類十分穩(wěn)固溶劑，且其粘度、表面張力與介電常數(shù)偏低，普通增稠劑沒辦法和液態(tài)二氧化碳起到混溶提粘效果。國外相關(guān)研究指出經(jīng)加入部分特殊相對(duì)分子的質(zhì)量較低的化合物便能達(dá)到二氧化碳密度增大效果，但是實(shí)際密度對(duì)干法壓裂技術(shù)性能影響有待未來進(jìn)一步考察。

2　二氧化碳干法壓裂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

溫度大于31.27℃，壓力在7.39MPa以上時(shí)，二氧化碳便會(huì)處于超臨界狀態(tài)。該狀態(tài)同氣態(tài)和液態(tài)流體形態(tài)不同，此狀態(tài)二氧化碳分子間具有較小的作用力，而且表面幾乎無張力，有較大流動(dòng)性，同氣體雷同，但密度較大，同液體類似，對(duì)于非極性的溶質(zhì)溶解能力較強(qiáng)。該狀態(tài)壓裂工藝是發(fā)展前景廣闊干法壓裂中的一種。同傳統(tǒng)干法壓裂相似，超臨界狀態(tài)壓裂也同樣結(jié)合100%二氧化碳當(dāng)作介質(zhì)，所以傳統(tǒng)干法壓裂優(yōu)勢(shì)被全部保留下來了。兩者不同之處主要是超臨界狀態(tài)壓裂開始結(jié)合二氧化碳工作液具有較高溫度，所以井筒當(dāng)中溫度可以達(dá)到臨界值，進(jìn)而形成超臨界狀態(tài)，而對(duì)那些較淺井，井筒中二氧化碳沒辦法馬上進(jìn)入到臨界狀態(tài)，可將加熱設(shè)備設(shè)置于井口。所以，超臨界狀態(tài)壓裂工藝更加具有本身獨(dú)有優(yōu)勢(shì)。我們以施工壓力為例，因?yàn)榫哂休^強(qiáng)流動(dòng)性，超臨界狀態(tài)二氧化碳具有較強(qiáng)破巖能力。有學(xué)者研究指出，大理石巖中超臨界狀態(tài)二氧化碳破巖門限的壓力為占水60%左右，頁巖巖樣當(dāng)中要比50%還小，基于90MPa壓強(qiáng)超臨界狀態(tài)二氧化碳較192MPa的水擁有更強(qiáng)破巖能力［3］。另外，超臨界狀態(tài)二氧化碳摩阻較液態(tài)二氧化碳摩阻更小。所以，同傳統(tǒng)干法壓裂比起來，應(yīng)用超臨界狀態(tài)二氧化碳充當(dāng)壓裂介質(zhì)施工壓力大幅減少，施工成本也明顯下降。而且超臨界狀態(tài)壓裂工藝較傳統(tǒng)干法壓裂具有更大增產(chǎn)效果，但是卻具有更低黏度，而這就需要今后專家學(xué)者針對(duì)該工藝特性，更有利用其優(yōu)勢(shì)避免其劣勢(shì)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)增產(chǎn)效果。

3　結(jié)語

通過二氧化碳?jí)毫岩簯?yīng)用能夠大幅減少壓裂施工水和地層接觸頻率，進(jìn)一步減少水鎖與水敏給地層帶來侵害，可以說其在壓裂改造方面呈現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)越性，是具有廣闊應(yīng)用空間與良好發(fā)展趨勢(shì)的。充分調(diào)研及了解二氧化碳干法壓裂應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)前提下，精研一套二氧化碳干法壓裂技術(shù)體系，并結(jié)合不同地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，開展二氧化碳干法壓裂適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)，才能進(jìn)一步做好二氧化碳干法壓裂性能評(píng)估和對(duì)工藝參數(shù)的模擬，同時(shí)對(duì)配套設(shè)備進(jìn)行不斷補(bǔ)充完善，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面取得最大效益。

［1］田磊，何建軍，楊振周等.二氧化碳蓄能壓裂技術(shù)在吉林油田的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2015，06:78-80+84+109.

［2］管保山，劉玉婷，劉萍等.煤層氣壓裂液研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，05:11-17+22.

［3］郭洋，楊勝來.煤層氣壓裂和排采技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.天然氣與石油，2011，04:62-64+96.