大慶油田應(yīng)用CO2壓裂技術(shù)的前景分析

陶澤俊(大慶鉆探工程公司壓裂分公司壓裂八隊，吉林 松原 138000)

0 引言

根據(jù)大慶油田的實(shí)際開采狀況，從油田的開采工作流程與開采技術(shù)工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在油田開采過程中存在諸多問題，造成壓裂液難以排出地面，對儲層產(chǎn)生較大影響，不利于石油開采工作的開展。因此，在大慶油田開采期間，工作人員要靈活運(yùn)用相關(guān)的開采技術(shù)，減少壓裂液對底層的傷害，完善自噴、返排的流程，對地層起到有效的保護(hù)作用，為優(yōu)化大慶油田開采結(jié)構(gòu)做出貢獻(xiàn)。

1 關(guān)于CO2壓裂技術(shù)的概述

1.1 CO2壓裂技術(shù)壓裂機(jī)理

CO2壓裂技術(shù)是指利用液態(tài)性質(zhì)的CO2與凝膠壓裂液進(jìn)行混合，期間加入表面活性劑和穩(wěn)定劑，形成以CO2為核心、水為重要組成部分的乳狀液體，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石油開采壓裂液，待CO2壓裂液進(jìn)入泵井筒后，CO2與凝膠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成泡沫，通過炮眼進(jìn)入油層內(nèi)部，進(jìn)而完成油井壓裂工作，保證油田開采工作順利進(jìn)行。CO2壓裂技術(shù)具備壓裂液的基本條件，能夠在改善水力壓裂情況的前提下，實(shí)現(xiàn)對開采現(xiàn)場的有效控制，形成具備高導(dǎo)流能力的支撐縫隙，主要成分包括氣相、液相、發(fā)泡劑以及添加劑，將70%～95%氣態(tài)的CO2與15%～20%的甲醇相結(jié)合，利用高質(zhì)量CO2與原油進(jìn)行一定比例的配制，降低石油開采工作的難度，發(fā)泡劑具備具備耐高溫、穩(wěn)定性好、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合添加劑起到降阻、殺菌、穩(wěn)定油田的作用，便于相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行石油開采[1]。

1.2 CO2壓裂技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

CO2壓裂技術(shù)因其在油田開采工作中的實(shí)際應(yīng)用效果好，在油田開采領(lǐng)域得到廣泛傳播和普及，基本實(shí)現(xiàn)油田開采科學(xué)化，該技術(shù)在應(yīng)用期間的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，CO2壓裂技術(shù)在使用期間能夠降低液體進(jìn)入油層的幾率，依靠CO2增加產(chǎn)能、加速返排的特點(diǎn)，提高排液速度和質(zhì)量，緩解石油開采工作中壓裂液對油氣層產(chǎn)生的壓力，提高原油產(chǎn)量；

第二，CO2壓裂技術(shù)在進(jìn)行壓裂工作期間，混合液具有粘度高、攜砂性能好的特點(diǎn)，有利于提高油田開采工作的效率，促進(jìn)石油產(chǎn)量的提升；

第三，CO2為弱酸性氣體，在使用過程中能多地層黏土膨脹情況進(jìn)行科學(xué)控制，避免出現(xiàn)膨脹過度的現(xiàn)象；

第四，CO2氣體因具備較強(qiáng)的溶解性特點(diǎn)，對泡沫壓裂液接口產(chǎn)生明顯的范圍擴(kuò)張，有助于提升油田壓裂液的穩(wěn)定性。

1.3 壓裂選井選層的基本原則

結(jié)合對CO2氣體基本性質(zhì)的分析，將CO2壓裂技術(shù)運(yùn)用到大慶油田開采工作中，能夠有效緩解水敏性地層壓力，提升其滲水性能，起到延長油田儲層的作用，水敏性地層因壓力系數(shù)較低、能量不足特點(diǎn)，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的石油資源虧空，導(dǎo)致壓裂液難以返排的情況，因此必須根據(jù)CO2壓裂技術(shù)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，制定相應(yīng)的油田開采改造措施，落實(shí)石油開采工作。在開展相關(guān)工作期間，需要在壓裂環(huán)節(jié)進(jìn)行選井和選層工作，具體工作落實(shí)期間必須遵循以下基本原則：

第一，針對水敏性較為嚴(yán)重的油氣層，要遵循CO2壓裂技術(shù)的穩(wěn)定性，增加油田體系自由能量，由高向低地轉(zhuǎn)變自由能的狀態(tài)，利用泡沫中液體重力作用和邊界引力作用，控制油田表面氣體的蒸發(fā)，進(jìn)而提升油氣層的穩(wěn)定性；

第二，針對常規(guī)壓裂效果較差的儲層，因其黏土礦物質(zhì)成分和含量較高，開采過程中存在遇水膨脹的現(xiàn)象，導(dǎo)致骨架破壞，造成遷移威脅，因此，必須遵循粘度與流變相結(jié)合的原則，利用CO2壓裂技術(shù)，將泡沫壓裂粘度與流變性能形成統(tǒng)一，增加泡沫液相的粘度，提升其穩(wěn)定性和安全性；

第三，針對氣藏存水造成油氣層產(chǎn)油量降低的問題，必須嚴(yán)格遵循氣藏施工相關(guān)性原則，對油氣層的儲油量進(jìn)行綜合評定，加強(qiáng)對石油開采工作的管理，堅持氣藏與油氣層相關(guān)聯(lián)，利用CO2壓裂技術(shù)將氣藏內(nèi)部水分排出，進(jìn)一步控制氣藏存水情況，提高施工人員對油氣層石油開采的工作效率和質(zhì)量，穩(wěn)定大慶油田石油開采工作[2]。

1.4 油田開發(fā)地質(zhì)特征

大慶油田具備石油資源豐富、儲油量大、可開發(fā)利用效率高的特點(diǎn)，在地質(zhì)開采方面相較其他油田具有明顯的優(yōu)勢，在原油開采過程中，伴隨著大慶油田地質(zhì)環(huán)境和地理條件的改變，石油開采難度逐漸加大，技術(shù)施工人員開采工作效果不佳，影響油田石油開采的進(jìn)度，導(dǎo)致技術(shù)人員不得不研發(fā)新型的油井壓裂技術(shù)，以便適應(yīng)當(dāng)前油田地質(zhì)發(fā)展?fàn)顩r。

2 大慶油田CO2壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

大慶油田是我國基礎(chǔ)油田之一，我國大部分的石油均由大慶產(chǎn)出，油田開采技術(shù)成為推動石油開采的關(guān)鍵因素。從上世紀(jì)末開始，大慶油田開始致力于探索和研究油田開采壓裂技術(shù)工作，在多年研究和探索過程中，逐漸形成以“恒定內(nèi)相”為核心的CO2壓裂技術(shù)，在應(yīng)用過程中不斷提升CO2壓裂技術(shù)的實(shí)施效果，完善配套的壓裂技術(shù)配套體系及相關(guān)壓裂工具體系，進(jìn)一步擴(kuò)大CO2壓裂技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍，改善大慶油田的開采環(huán)境，保護(hù)原油不受其他環(huán)境和地質(zhì)因素影響，出現(xiàn)原油開采難度大、安全性能差的現(xiàn)象。

近年來，大慶油田在開采石油過程中，由于開采設(shè)備老化、故障等問題，CO2壓裂技術(shù)在應(yīng)用期間無法發(fā)揮其對石油開采工作的推動作用，導(dǎo)致石油開采速度緩慢，油井、氣井的開采情況不容樂觀。因此，在石油開采工作開展期間，相關(guān)施工人員要對CO2壓裂技術(shù)進(jìn)行深入了解，根據(jù)該技術(shù)的基本應(yīng)用原則進(jìn)行工作，提高原油的開采數(shù)量和效率，全面提升油田的開采質(zhì)量[3]。

2.1 大慶油田的核心開采技術(shù)

大慶油田在進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和使用期間，根據(jù)油井壓裂環(huán)境和施工排量，針對CO2壓裂液的摩阻能力展開分析，利用“恒定內(nèi)相”方法對石油開采工作進(jìn)行規(guī)范，在具體施工過程中，將水基液作為外相，將CO2作為內(nèi)相，控制氣體和液體的實(shí)際數(shù)值，在降低CO2泡沫濃度的同時觀察氣體流量，控制摩阻和泵壓升高，綜合泡沫壓裂液流變性和過濾性，形成完整的施工對比參數(shù)，指導(dǎo)油田工作人員進(jìn)行石油開采工作。

2.2 CO2壓裂技術(shù)優(yōu)化設(shè)計與開采壓力分析

2.2.1 CO2壓裂技術(shù)壓裂設(shè)計

大慶油田在開采工作中，CO2壓裂技術(shù)研發(fā)初期，技術(shù)人員針對壓裂問題進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，重點(diǎn)關(guān)注泡沫質(zhì)量、施工排量以及支撐劑濃度這三個主要參數(shù)，同時對CO2壓裂技術(shù)應(yīng)用流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用優(yōu)化模擬的技術(shù)形式，提升CO2壓裂技術(shù)設(shè)計的科學(xué)性。

首先，泡沫質(zhì)量溫度和壓力確定的條件下，泡沫液體中的氣體體積與泡沫體積之間形成泡沫質(zhì)量比，在應(yīng)用CO2壓裂技術(shù)期間，保證泡沫質(zhì)量在60%～80%之間即為理想泡沫，技術(shù)設(shè)計人員要對油田壓裂環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，根據(jù)石油開采現(xiàn)場壓裂施工情況，排除CO2罐車容量和CO2氣體注泵設(shè)備運(yùn)行能力對開采工作的影響，使得CO2壓裂技術(shù)具備良好的適用性，同時，技術(shù)人員要對施工排量進(jìn)行控制，綜合考慮影響施工排量的因素，確保在溫度和壓力不變的情況下，油井底部排量大于地面CO2氣體排量與壓裂液排量之和。

其次，技術(shù)人員要科學(xué)控制支撐劑濃度，利用CO2將油井底部裂縫中支撐劑濃度進(jìn)行稀釋，確定裂縫鋪砂濃度，保證支撐縫隙較窄，其具體優(yōu)化工作從以下三方面開展：恒定內(nèi)相，通過加砂降低泡沫質(zhì)量，平衡支撐劑增加量與CO2氣體減少量；恒定泡沫質(zhì)量，在支撐劑濃度增加的條件下，降低液體和CO2氣體的排量，確保泡沫質(zhì)量不變；恒定井底總排量，使得氣相不變，支撐劑濃度增加，CO2氣體排量不變，泡沫質(zhì)量提升。

最后，技術(shù)人員要對CO2壓裂技術(shù)設(shè)計進(jìn)行模擬實(shí)驗，一方面根據(jù)地面氣體、液體排量以及支撐劑濃度計算出油井底部的泡沫排量，另一方面通過泡沫質(zhì)量和支撐劑濃度計算出凍膠液排量和CO2氣體排量以及地面支撐劑濃度。

2.2.2 開采壓力分析

油田開采期間，應(yīng)用CO2壓裂技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員要對該技術(shù)進(jìn)行石油開采的具體工作流程進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，分析油田的開采壓力，監(jiān)測壓裂液凍膠的摩阻情況，探究支撐劑濃度與油井壓裂凍膠液的關(guān)系，完善現(xiàn)場監(jiān)測的全過程，在固定的開采壓力下，靈活調(diào)整CO2壓裂技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用方式，提高油田開采工作的安全性[4]。

2.3 CO2壓裂技術(shù)在大慶油田中的重要作用

2.3.1 現(xiàn)場應(yīng)用效果

以大慶油田的部分油井開采工作為例，將CO2壓裂技術(shù)應(yīng)用于油田開采進(jìn)程中，根據(jù)石油的開采狀況和質(zhì)量結(jié)果分析得出，平均每口油井的泡沫壓裂質(zhì)量為55%～85%，壓裂液返排率達(dá)到78%左右，單井開采加砂量在20m3，泡沫壓裂品質(zhì)為60%～73%，入井量為158m3，CO2壓裂技術(shù)在應(yīng)用期間產(chǎn)生較為良好的應(yīng)用結(jié)果，有效提升了油井的增產(chǎn)能力。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益

大慶油田在進(jìn)行石油開采期間，利用CO2壓裂技術(shù)，將CO2氣體進(jìn)行壓裂試驗，一方面，應(yīng)用CO2壓裂技術(shù)能夠起到見效快的作用，提升排液速度，加速投產(chǎn)和停產(chǎn)進(jìn)程，提高石油開采效率，縮短工作時間，同時，利用CO2壓裂技術(shù)能夠減少開采設(shè)備的使用，有效精簡石油開采工作流程，降低石油開采工作的設(shè)備運(yùn)輸和使用成本，達(dá)到節(jié)約開采資金的作用；另一方面，應(yīng)用CO2壓裂技術(shù)能夠起到增產(chǎn)效果，利用CO2溶于水的特性，有效降低地層流體的粘度，增強(qiáng)氣驅(qū)的溶解能力，穩(wěn)定流體從地層向油井流動的速度，促進(jìn)產(chǎn)油效率的穩(wěn)定提升。據(jù)此分析，CO2壓裂技術(shù)在應(yīng)用過程中，雖然在經(jīng)費(fèi)投入方面相較傳統(tǒng)的壓裂方式投入較大，但按照應(yīng)用該技術(shù)后石油開采的數(shù)量和質(zhì)量分析，大大提升了大慶油田的開采效率，相同時間內(nèi)產(chǎn)出的油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方式的開采量，進(jìn)而獲得巨大的收益，提升油田的經(jīng)濟(jì)效益，為我國石油企業(yè)提供新的利益增長點(diǎn)。

3 結(jié)語

綜上所述，CO2壓裂技術(shù)推動大慶油田開采工作向科學(xué)化、規(guī)范化方向發(fā)展，在未來油田開采方面仍舊存在巨大的應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿ΑＮ覈腃O2壓裂技術(shù)與世界先進(jìn)水平相比還有很多差距，應(yīng)針對存在的問題，繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，不斷完善大慶油田的開采工作，推進(jìn)我國油田開采技術(shù)的發(fā)展。