田亚龙
中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 陕西西安 710018
摘要：二氧化碳干法加砂压裂技术，通过使用液态二氧化碳代替常规水基压裂液，具有无残渣、无水相、返排快、对储层无伤害等优点，在环保增储方面优势明显。本文详细论述了二氧化碳干法压裂技术的应用现状与发展趋势。
关键词：二氧化碳干法压裂技术；应用现状；发展趋势
二氧化碳干法加砂压裂是以二氧化碳代替常规水力压裂液的一种无水压裂技术。同时，二氧化碳干法加砂压裂技术具有储层全程不与水接触、依靠二氧化碳蒸发可增加返排动力，压裂裂缝有效率高的优势，其具有广阔的应用前景。
1二氧化碳干法加砂压裂技术原理
1.1压裂原理
二氧化碳干法加砂压裂是以液态二氧化碳作为压裂液，代替常规水基压裂液，以人造陶粒为支撑剂，压裂过程中二氧化碳在地面及井筒内的状态为液态，由液态二氧化碳通过密闭混砂装置携带支撑剂进入地层。受到井底较高温度的影响后，液态二氧化碳气化，放喷过程中温度大于31.1℃，压力小于7.38MPa时以气体状态从地层中返排出来，同时控制放喷排量，使支撑剂留在地层中形成具有高导流能力的支撑裂缝。
1.2二氧化碳干法加砂压裂技术的特点
采用专用的二氧化碳密闭运输车，二氧化碳可以运输和储存在施工现场，使用专用设备将液态二氧化碳与支撑剂按照一定比例混合后由压裂车泵入地层，就可以完成压裂作业。施工完成后，在地层温度影响下（温度远大于31.1℃），形态由液体转换为气体，几乎可以达到全部返排出地面而不会对储层造成由常规压裂造成的水相伤害。但二氧化碳的粘度较低，通过加入二氧化碳提粘剂，提高了其在液体状态下的携砂性能，在实验室对二氧化碳提粘后的粘度进行测定，提粘后的二氧化碳粘度可稳定在4～6 MPa.s，相比提粘前的粘度值有了一定提高。此项技术采用无液相压裂工艺，避免了常规压裂水敏、水锁伤害现象的发生；反排无残渣遗留，将储层伤害降到最低；施工后不需要进行抽汲作业，可迅速返排。
2二氧化碳干法压裂技术研究和应用现状
液态二氧化碳开始实现广泛应用的时间大概在十九世纪左右，最初的应用领域为石油和天然气方面。二十世纪左右，二氧化碳干法压裂技术才开始被专业的专家学者所研究。二十世纪以来，二氧化碳干法压裂技术实现了比较广泛的应用，并显示出一定的应用价值和应用优势，在很多地区、领域都开始广泛的普及。随着长期的应用与发展，二氧化碳干法压裂技术已逐渐走向成熟，技术方面也走向了完备阶段。另外，随着经济社会的发展及科学技术的提高，该技术也出现了越来越多的问题，同时面临更多的挑战。二十一世纪以来，二氧化碳干法压裂技术的缺陷和矛盾更加突出，许多地区及领域在使用该技术的过程中都或多或少的发现了其中的问题和缺陷，这是不可忽视的，也是必须要尽快着手解决的。二氧化碳的黏度就是一个相对比较突出的问题。气态二氧化碳的黏度相对较低，这种低黏度会造成其压裂液的较大失衡，从而影响了压裂施工，也阻碍了施工规模的扩大。因此，在新的环境下必须要使液态二氧化碳的黏度提高，增加其携砂能力，并使施工规模得以扩大。
3二氧化碳干法压裂技术存在的问题
二氧化碳干法压裂技术的应用范围比较广泛，并且具有一定的优势，但该技术在实际应用过程中也不可避免的存在很多方面的问题。首先，二氧化碳的摩擦阻力相对较高，这是由其牛顿流体的性质所决定的。其次，二氧化碳的悬砂能力较差，这主要是因为二氧化碳黏度较低，因此滤失量较大，压裂造隙的影响也较大。一般来说，二氧化碳本身就具有一定的复杂性，因此在实际的施工过程中就很难预测其动态特点，由此为施工带来了极大的不便，也极大地降低了施工效率和效果。因此，在施工过程中就需要根据实际情况合理的进行参数设计，关注压力变化，对每一个阶段的数据都实现观测和记录。另外，二氧化碳干法压裂与常规水力压裂机理不同，现有的施工参数计算软仵不能满足二氧化碳干法压裂的要求。本文使用了液态二氧化碳对体积为15cm3的花岗岩进行了室内压裂模拟实验，并与水力压裂模拟实验进行了对比。图1为不同排量下滑溜水与二氧化碳的造缝情况，可以看出，与水力压裂相比，二氧化碳干法压裂造出了更多的裂缝并形成了裂缝网络。然而，由于模拟尺寸限制等原因，本次实验中二氧化碳干法压裂所造裂缝数量与排量没有明显相关性，不能为现场压裂施工提供有效指导。因此，应继续深入开展现有实验资料的系统化分析工作，得出最合理、最经济、最有效的二氧化碳用量、支撑剂量、前置液比例、泵注排量等施工参数的确定方法。
图1 不同排量下液态二氧化碳/滑溜水的造缝透视图
4二氧化碳干法压裂技术发展趋势
当温度大于31.27℃，压力在7.39 MPa以上时，二氧化碳便会处于超临界状态。该状态同气态和液态流体形态不同，此状态二氧化碳分子间具有较小的作用力，而且表面几乎无张力，有较大流动性，同气体雷同，但密度较大，同液体类似，对非极性的溶质溶解能力较强。该状态压裂工艺是干法压裂中发展前景较为广阔的一种。同传统干法压裂相似，超临界状态压裂也同样结合100％二氧化碳当作介质，所以传统干法压裂优势被全部保留了下来。两者不同之处主要是超临界状态压裂开始结合二氧化碳工作液具有较高温度，所以井筒中温度可以达到临界值，进而形成超临界状态，而对那些较浅井，井筒中二氧化碳没办法马上进入到临界状态，可将加热设备设置于井口。所以，超临界状态压裂工艺更加具有本身独有优势。以施工压力为例，因为具有较强流动性，超临界状态二氧化碳具有较强破岩能力。有学者研究指出，大理石岩中超临界状态二氧化碳破岩门限的压力为占水60％左右，页岩岩样中要比50％还小，基于90 MPa压强超临界状态二氧化碳较192 MPa的水拥有更强破岩能力。另外，超临界状态二氧化碳摩阻较液态二氧化碳摩阻更小。所以，同传统干法压裂相比，应用超临界状态二氧化碳充当压裂介质施工压力大幅减少，施工成本也明显下降。而且超临界状态压裂工艺较传统干法压裂具有更大增产效果，但却具有更低黏度，而这就需要今后专家学者针对该工艺特性，更有利用其优势避免其劣势，实现科学增产效果。
5结语
二氧化碳干法加砂压裂是以二氧化碳代替常规水力压裂液的一种无水压裂技术，该方法对低压、低渗透、强水锁/水敏储层的压裂改造效果十分明显。另外，二氧化碳干法压裂技术在现代化的今天具有不可替代的作用，面对一系列的应用问题必须提高经验借鉴能力，并结合现代化技术进行技术改进。只有这样才能促进二氧化碳干法压裂技术的发展，提高其应用能力，扩展其应用空间，从而实现经济利益的最大化。
参考文献：
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[3]王峰.二氧化碳干法压裂技术应用现状与发展趋势[J].石油勘探与开发，2014(04).
论文作者:田亚龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/26
标签：二氧化论文; 压裂论文; 干法论文; 技术论文; 液态论文; 状态论文; 黏度论文; 《防护工程》2018年第24期论文;