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超临界二氧化碳压裂技术研究进展

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第４５卷第１ｏ期　２０１８年１０月　探矿工程（岩土钻掘工程）　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｒｏｃｋ＆Ｓｏｉｌ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）　Ｖｏ１．４５　Ｎｏ．１０　０ｃｔ．２０１８：２１　２６　

超临界二氧化碳压裂技术研究进展　

陈　晨　。，朱　颖　。，翟梁皓　，潘栋彬　，靳成才　（１．吉林大学建设＿Ｔ－程学院，吉林长春１３００２６；２．自然资源部复杂条件钻采技术重点实验室，吉林长春１３００２６）　

摘要：对于低渗透油页岩矿藏的开发，超临界二氧化碳（ＳＣ—ＣＯ　）压裂技术有效规避了水力压裂会引起的地层伤　害、诱发地震和环境污染等问题，且由于其在起裂压力、沟通微裂缝、形成复杂缝网上的优势，是目前一项热门的无　水压裂技术。本文详细介绍了ＳＣ—ＣＯ。压裂技术的技术特点和近年来ＳＣ—ＣＯ。压裂的实验与数学模型研究。从　裂缝扩展规律性实验、在ＳＣ—ＣＯ。作用下的岩性变化实验、ＳＣ—ＣＯ。压裂液体系的研制以及ＳＣ—ＣＯ　流体携砂　流动、井内温度场、裂缝起裂扩展数学模型的相关研究中，探讨目前ＳＣ—ＣＯ。压裂技术的研究进展与不足，并在增　粘剂的设计、裂缝有效性的评价、填砂裂缝网络提高油页岩储集层传热和渗流能力等方面的研究提出了建议，对　ＳＣ—ＣＯ　压裂技术的未来发展具有参考意义。　关键词：压裂技术；超临界二氧化碳；无水压裂；油页岩　中图分类号：ＴＥ１３２．８；ＴＥ３５７．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２　７４２８（２０１８）１０—００２１—０６　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ　Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ＣＨＥＮ　Ｃｈｅｎ　·ＺＨＵ　Ｙｉｎｇ　～．ＺＨＡＩ　Ｌｉ—　ａｎｇ—ｈａｏ　，ＰＡＮ　Ｄｏｎｇ—ｂｉｎ　，Ｊ，Ｎ　Ｃｈｅｎｇ—ｃａｉ　’　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇ—　ｃｈｕｎ　Ｊｉｌｉｎ　１３００２６．Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｍｉｎ—　ｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｊｉｌｉｎ　１３００２６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｗ—ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏ．１　ｓｈａｌｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｓ，ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ（ＳＣ—Ｃ（）２）ｆｒａｃｔｕ—　ｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｖｏｉｄｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ，ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｎｄ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ａ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒｌｅｓｓ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃ—　ｍｇ　Ｉ‘ｎｉｔｉ’ａｔｉ’ｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ　ｍｉｃｒｏ　ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ＳＣ—ＣＯ２　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｂｏｕｔ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｂｏｕｔ　ｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃ　ｃｈａｎｇｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＣ—Ｃ０２，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＳＣ—Ｃ０２　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ａｎｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗｉｎｇ　ｒｕｌｅｓ　ｏｆ　ｓａｎｄ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ＳＣ—ＣＯ　２，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｗｅｌｌｂｏｒｅ，ｃｒａｃｋ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｐ　ａｇａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ＳＣ—ＣＯ２　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｎｄ　ｓｕｇ　ｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔａｃｋｉｆｉｅｒ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｈａｌｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　ｓｅｅｐａｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｐａｃｋｅｄ　ｆｒａｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ；ｗａｔｅｒｌｅｓｓ　ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；０ｉ１　ｓｈａｌｅ　

０　引言　能源利用情况严重制约着经济建设与发展，常　

规油气资源已无法满足人们对能源资源的需求。面　对能源危机，低渗透、致密等非常规油气资源由于其　

储量丰富，分布广泛口］，已成为主要接替能源。油页　

岩是一种富含可燃有机质的高灰分有机矿物，“全球　

油页岩资源评价”工作显示，将我国１０００　ｍ内的油　页岩矿藏折算成油页岩油，其值约为４７６．４４亿　

ｔ¨２　］。作为一种具有极低渗透性与传热系数的非　

常规油气资源，油页岩的原位开采要求利用压裂技　

术人为制造便于油气沟通的流通通道。　

自１９４７年以来，水力压裂技术广泛应用于油气　藏开采增产中，但由于破胶、返排的不彻底以及常规　

水基压裂液中的大量添加剂，对地层伤害较大｜４］。　

收稿日期：２Ｏ１８一Ｏ７—３１　基金项目：国家自然科学基金面上项目“高压低温水射流作用下海底天然气水合物储层破岩过程与机理研究”（编号：４１６７２３６１）；省校共建项　目，新能源专项“油页岩原位转化工程共性关键技术研究”（编号：ＳＸＧＪＳＦ２０ｌ７—５）；省科技厅项目（编号：２０１６０２０４０１１ＳＦ）　作者简介：陈晨，男，汉族，１９６５年生，教授，博士生导师，从事岩土工程钻凿技术、基础工程设计、施工与计算机模拟研究及教学工作，吉林省　长春市西民主大街９３８号，ｃｈｅｎｃｈｅｎ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。　通信作者：朱颖，女，汉族，１９９４年生，硕士研究生在读，地质工程专业，研究方向为非常规油气资源开发技术，吉林省长春市西民主大街９３８　号，ｚｈｕｙｉｎｇｌ６＠ｍａｉｌｓ．ｉｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

　探矿工程（岩土钻掘工程）　

同时，美国、加拿大等地区经调查发现，水力压裂施　工存在诱发频发地震的危害，我国近一年来的松原　

地区频发地震现象亦存在受水力压裂开采油气资源　

影响的迹象。加拿大阿尔伯塔省地质调查局和阿尔　伯塔大学通过对自２０１３年以来该省Ｄｕｖｅｒｎａｙ地区　

约３００口油气开发井与其引发的数百次地震的分析　研究，发现了水力压裂法与诱发地震间的联系。目　

前，在纽约、美国多州等地区禁止了该技术的使用。　基于减少地层损害、降低环境风险的目的，二氧　

化碳压裂技术、ＬＰＧ压裂技术等无水压裂技术逐步　

成为研究焦点。其中，一种利用超临界流体特殊性　质的压裂技术——超临界二氧化碳（ＳＣ—ＣＯ　）压裂　

技术，逐渐成为了二氧化碳干法压裂技术的主要发　展趋向　］。超临界二氧化碳无水相，泵人地层不会　

产生水锁效应等地层伤害现象。返排时只需改变其　

温度、压力状态，使其转化为气态，即可快速且无残　留地返排回地面ｌ４　］。因此，该压裂技术对于减少　

压裂施工对储层的伤害、节约水资源、降低环境风险　均具有较好发展前景，利于油页岩这种储量巨大的　

低渗矿藏的开发。　

１　超临界二氧化碳压裂技术　１．１　概念　超临界二氧化碳压裂技术是一种以超临界态二　氧化碳作为压裂液的无水压裂技术。当二氧化碳温　

度达到３１．０６℃，压强达到７．３９　ＭＰａ，将转化为超　临界流体Ｅ　。在达到临界点后，流体被压缩亦只表　

现出密度的变化，不会产生相态变化，如图１所　示Ｅ　。超临界二氧化碳在粘度、密度及扩散系数　

上具有超临界流体共有的特殊性质，如表１所示［８］。　

对于绝大多数压裂施工而言，施工条件天然满足ＳＣ　

－ＣＯ　的温度要求，但其低粘的特性，要求施工中　

日　鱼　＼　出　

温度／＇ｃ　图１二氧化碳相图　表１超临界流体与气体、液体性质对比　

进行大排量压裂。　

１．２技术特点分析　与水力压裂技术相比，ＳＣ—ＣＯ　压裂技术在降　

低地层伤害、提高缝网复杂度、置换吸附态可燃气体　等方面具有显著的优越性，主要具有以下优　

点　”］：（１）化学稳定性高，不易燃易爆，无腐蚀　

性；（２）达超临界态的临界温度与临界压力在一般性　

的非常规油气藏开采中较易达成，具有一定的可行　

性；（３）具有高密度、低粘度、高扩散系数和低表面张　力，一方面压裂液更易于沟通微裂缝、形成大量复杂　

微裂缝网络，另一方面有利于流体流动、降低了压裂　液流动过程中的压力损失；（４）具有无水相型压裂液　

的共同优势，避免了由于粘土矿物遇水膨胀所导致　

的水锁效应等危害，避免了储层受损；（５）压裂后可　

转化为气态并随油气开采排出，返排迅速而彻底，对　地层伤害低；（６）破岩门限压力远小于水，降低了压　

裂难度；（７）溶解能力强，有效缓解近井地带的油层　堵塞现象，增强油气通道的渗流能力；（８）特别的，　

ＣＯ。的置换作用有利于提高甲烷等气体的开采量，　

并达到ＣＯ。地质封存的目的，永久性封存ｃ（）　。　同时，ＳＣ—ＣＯ　压裂中也存在一定的缺　

陷　。　］。　

（１）粘度低，不利于支撑剂的携带且其高滤失性　要求大排量泵入压裂液。　（２）穿透性强，对压裂设备的密封性和防穿刺性　

能要求高，需要研制新型设备。　（３）在井筒内的流动过程中，二氧化碳达到超临　

界态，一方面，流动过程中所产生相态变化要求加强　

控制；另一方面，在浅井施工中需安装地面加热设　备，满足井筒内形成超临界态的温度要求。　

（４）存储与运输成本高。　

２　国内外超临界二氧化碳压裂技术研究现状　近年来，有关超临界二氧化碳压裂技术的相关　

研究有跳跃式增加的趋势，相关的实验研究主要可　

分为３大方向：（１）ＳＣ—ＣＯ　压裂岩样所形成的裂

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超临界二氧化碳渗透技术的研究进展_叶树集

超临界二氧化碳渗透技术的研究进展_叶树集

收稿日期:1999-03-04

作者简介:叶树集,男,24岁,硕士,高分子化学与物理专业超临界二氧化碳渗透技术的研究进展

叶树集　陈鸣才　黄玉惠　丛广民(中国科学院广州化学所,广州510650)

摘　要:综述超临界CO2渗透技术的原理、机理以及应用。利用超临界CO2渗透技术可以制备缓

释装置、聚合物催化剂、聚合物纳米材料、聚合物金属膜和共混物等。

关键词:综述;超临界CO2渗透

中图分类号:O647.11　文献标识码:A 文章编号:1008-1011(1999)03-0038-04

ProgressinSupercriticalCarbonDioxideImpregnation

YeShuji　ChenMingcai　HuangYuhui　CongGuangmin

(GuangzhouInstituteofChemistry,CAS,Guangzhou,510650)

Abstract:Thereviewincludes15referencesabouttheprincipleandmechanismofsupercriticalCO2im-

pregnation,theapplications,suchaspreparationofpolymercatalysts,metal/polymernanocomposites,poly-

merblendsandsoon.

Keywords:review;supercriticalCO2impregnation

超临界CO2具有对多数有机物溶解性能好、水中溶解度小、粘度低、扩散系数大、临界温度

近于常温(31.1℃)、临界压力不高(73.8×105Pa)、无毒、不燃、化学惰性、无溶剂残留、价廉易

得、使用安全、不污染环境等独特优点,使其成为“绿色”介质的宠儿,倍受人们的青眯。目前,

它已广泛应用于萃取、重结晶、色谱、化学反应、染色、干燥等超临界技术中。由于超临界CO2对多数聚合物为不良溶剂,但又能溶胀绝大多数聚合物,因此,近几年来超临界CO2在聚合物

超临界二氧化碳微乳液的研究和应用进展

超临界二氧化碳微乳液的研究和应用进展

第３２卷第１期　２ＯＯ２年２月　日用化学工业　Ｃｈｉｎａ　Ｓｕ１４＂ａＯａｎｔ　Ｄｅｔｅｔｇｅｎｔ＆Ｃｏｓｍｅｔｉｃｓ　ＶＤ１．３２Ｎｏ．１　陆．凇　超临界二氧化碳微乳液的研究和应用进展　刘悛诚　，李干佐　，韩布＊　１．山东大学胶ｔｔ与界面化学教育郜重点实验室。山东济南２５０１００；２．中科貌化学所．北京１０００８０）　摘要：综述了在超临界二氧化碳（ＳｖＣ）中，能形成微乳液的表面活性剂（ＳＡＡ）的结构特性　助ＳＡＡ对　ＳＩＣ微乳液形成的影响以及ＳＩＣ微乳液的研究现状　同时，介绍了紫外一可见吸收光谱、傅立叶一红外光　谱、小角中子散射和小角ｘ光散射等近代测试方法，及其在ＳＩＣ微乳液形成及其结构特性研究中的应用。　另对ＳＦＣ微乳液在化学反应、生物活性物质及金属离子萃取、台成材料和清洗领域中的应用也进行了介绍。　关键词：超临界二氧化碳；微乳液；表面活性剂；助表面活性剂　中国分类号：ＴＱ　４２３　文献标识码：Ａ　文章编号：１ＧＯ１—１８０３（２ＯＯ２）ｏｌ一００３１—０４　当ＣＯ２温度和压力同时高于其临界值（Ｔｃ＝３１．１　℃，Ｐｃ＝７．３９×１　Ｐａ）时，称之为ＳＦＣ　ＣＯ２无毒、　不易燃、无污染，而且价格便宜，是一种绿色化学溶　剂。因此，ＣＯ２作为一种对“环境友好”的有机溶剂　替代品已经被人们广泛接受。此外，其溶解能力可以　通过简单地调整温度和压力进行连续控制，特别是在　临界点附近，温度和压力微小变化会显著地影响Ｃｏ２　的溶剂特性，如密度、黏度、介电常数、扩散系数　等。然而，ＣＯ２对于亲水性分子、相对分子质量高的　物质及金属离子的溶解能力非常低，限制了Ｃｏ２的广　泛应用。在体系中加入合适的ｓＡＡ能够大大地提高　它们的溶解度，有利于开发其应用领域，特别是ｓＦｃ　反相微乳液，更引起人们的关注。　１在超临界二氧化碳中对表面活性剂的要求　超临界烷烃反相微乳液，能够明显增加超临界流　体对水溶性聚合物或蛋白质的溶解能力。与超临界烷　烃相比，ＳＦＣ具有较弱的范德华力和较低的介电常　数，因此，大多数ＳＡＡ的溶解度是有限的，特别是　离子性ＳＡＡ。１９９０年Ｃｏｎｓａｎｉ和Ｓｍｉｔｈ＿ｌ　在５０℃、１０　ＭＰａ～５０　ＭＰａ条件下，开展１３０多种商业上容易得到　的离子和非离子ＳＡＡ在ＳＦＣ中溶解度测定。结果表　明：所有这些ＳＡＡ都不溶或微溶于ＳＦＣ。然而，Ｒｉｔ—　ｔｅｒ和Ｐａｕｌａｉｔｉｓ［２３研究结果表明：在适当条件下．有些　ＳＡＡ在ＳＦＣ中分子聚集体能够形成。此后，研究和合　成ＳＦＣ中溶解的ＳＡＡ成为许多化学家感兴趣的课题　关于ＳＡＡ的ＳＦＣ的体系相态研究＿３　表明：要　求ＳＡＡ的尾巴上结合一个低溶解度参数、低极性或　电子给予作用的Ｉ￣ｖｉ￥碱性基团（考虑到ｃｏ２是一个　收藕Ｅｌ期：２０ｔ３ｏ一１２—０４；恪回Ｅｌ期：２ＯＯｌ一０２一Ｉ２　基金项目：国蒙自然科学基金资助项目（２９７２３３Ｏ）　作者简舟：刘俊诚（１９７０一）．男．山东太学化学院博士研究生　弱Ｌｅｗｉｓ酸）来实现。含有这些特性的亲ＣＯ２官能团　包括硅氧烷、全氟醚和全氟烷烃、叔胺、脂肪醚、炔　醇和炔二醇等。另外，含有弱极性或中等极性的极性　头的ＳＡＡ在ＳＦＣ中的溶解度较高，有利于形成ＳＦＣ　微乳液。１９９１年Ｈｏｌｆｌｌｎｇｔ　Ｊ等首先合成了能够形成　ＳＦＣ反相微乳液的ｓ从，其中包括氟代二一（２一乙　基己基）磺基琥珀酸钠（简称Ｆ—ＡＯＴ）同系物、氟　烷基和氟醚碳酸盐、羟基铝ＳＡＡ。此后，出现大量含　有上述亲Ｃｏ２官能团的ｓＡＡ在ＳＦＣ中形成微乳液的　报道【　１。　２助表面活性剂对超临界二氯化碳徽乳液形成的影　响　作为助ＳＡＡ，含有３个～６个碳原子的醇最有　效，此时，亲水性羟基与中长烃链的亲油基搭配，具　有适中极性。实验表明：出现在ＳＡＡ聚集体界面上　的醇与ｓ从的摩尔比以２　３为好。在ＳＦＣ中，加人　的中等链长的醇不仅作为共溶剂增加ＳＡＡ在ＳＦＣ中　的溶解度，同时还可以作为助ＳＡＡ有利于ＳＦＣ微乳　液的形成。１９９４年Ｈａｒｒｉｓｏｎ等ｌｓ３报道ＡＯＴ在ＳＦＣ中不　溶解。但是，混有７　５％乙醇的ＳＦＣ能够溶棒”Ｊ。　Ｊａｃｋｓｏｎ等＿ｌ　进一步得出：能够溶解ＡＯＴ溶剂的介电　常数必须要大于１．６１。此后，Ｈｕｔｔｏｎ等　叉报道了　乙醇或戊醇作共溶剂，ＡＯＴ能够溶解在ＳＦＣ中并形　成ＳＦＣ微乳液。以非离子ＳＡＡ正辛基一５一（氧乙烯　基）醚（简称ｃ８　）和正一戊醇形成的ＳＦＣ微乳　液，。，能够使水和亲水性染料进行溶解。　３超临界二氧化碳徽乳液　１９８６年ＳｍｉｔｈＬ１９Ｊ等首先发现：在超临界乙烷和丙　３１・

超临界CO2压裂液增粘剂研究进展

超临界CO2压裂液增粘剂研究进展

二氧化碳增粘机理研究进展与展望

孙文超，孙宝江*

（中国石油大学 石油工程学院，山东 青岛 266580） 摘 要：超临界 CO2开发页岩气技术是实现页岩气商业开采的有效手段，但由于粘度低，超临界 CO2压裂液的携砂效果较差。通过向CO2中添加增粘剂，可以增加其粘度，提高其压裂增产效果。国外已经开展了大量关于CO2增粘机理的研究工作。分析了CO2增粘的难点，对聚合物在CO2中的溶解机理及其与CO2之间的相互作用、超临界CO2增粘剂的设计与优化等方面的研究进展进行了总结和回顾，给出了一些探索性的观点和建议，展望了二氧化碳增粘机理研究的发展趋势，以期为我国从事页岩气增产新技术的科研人员提供参考。 关键词：页岩气，二氧化碳，增粘机理，聚合物，分子模拟，光谱分析

中图分类号： 文献标志码：A

Research Progress and Prospects of Thickening Mechanisms for CO2

SUN Wen-chao，SUN Bao-jiang

(School of Petroleum Engineering in China University of Petroleum, Qingdao 266580, China) Abstract: Although shale gas exploitation with supercritical CO2 fracturing has a series of advantages, the application of this technology has been limited by the low viscosity and low efficiency of proppants and cuttings carrying. To solve this problem, thickening agents should be added to CO2 to enhance its viscosity. A great deal of research about thickening mechanism for CO2 has been conducted abroad. The difficulty of thickening CO2 was analyzed. Research progresses of the dissolution mechanism and intermolecular interaction of polymer in CO2 were reviewed. Design and optimization methods of thickening agents for supercritical CO2 were summarized. To provide references for the shale gas exploitation researchers, some views and suggestions were put forward, and the development trend of CO2 thickening mechanism research was discussed. Key words: shale gas, CO2, thickening mechanism, polymer, molecular simulation, spectroscopic analysis 收稿日期： 基金项目：国家自然科学基金重点项目（51034007,U1262202） 通讯作者：孙宝江（1963-），男，长江学者特聘教授，博士生导师，主要研究方向为海洋石油工程、多相流理论及应用、非常规油气开发等。E-mail：*****************第一作者：孙文超（1983-），男，博士研究生，主要研究方向为海洋石油工程、非常规油气开发。E-mail：********************** 页岩气藏具有低孔隙压力、低孔隙度、低渗透

二氧化碳资源化技术研究进展

二氧化碳资源化技术研究进展

襍2020Vol.13.No.2襊再生利用

作者简介：赵毅（1956-），男，满族，河北秦皇岛人，硕士，教授，博士生导师，主要从事大气污染控制研究。基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0203705）（2017YFC0210603）；国家自然科学基金项目（51708213）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2015ZZD07）（2017XS131）二氧化碳资源化技术研究进展

赵毅，，王永斌，王添颢（1.教育部资源与环境系统优化重点实验室华北电力大学环境科学与工程学院，北京102206；2.华北电力大学环境科学与工程系，河北保定071003）摘要：过量的二氧化碳（CO2）排放可导致温室效应的不断加剧，因此CO2减排受到越来越多的关注，其中将CO2转化为附加值较高的化工产品，即CO2资源化利用技术不仅可实现CO2减排，同时具有一定的经济效益。CO2资源化利用技术主要包括光化学还原法、电化学还原法和催化转移氢化法等。重点介绍并总结了以上3种方法的特点、优势和不足，指出未来需研究解决的关键问题和研究方向，为实现高效的CO2资源化利用提供借鉴和参考。关键词：CO2资源化利用；光化学还原；电化学还原；催化转移氢化中图分类号：X51文献标志码：A文章编号：1674-0912（2020）02-0026-05二氧化碳资源化技术研究进展

随着工业的迅速发展，人类对于化石燃料的需求和利用量逐渐提高，导致大气中CO2浓度大幅度地提升。当前，CO2的含量已经超出了自然生态系统可承受的能力，形成众所周知的温室效应，其所引起的气候变化和生态环境问题已严重地制约了人类的生存和发展。工业革命后，大气中CO2浓度急剧升高，在2013年第一次达到400伊10-6，超过了联合国政府间气候变化委员会（IPCC）的预测值[1]。为了控制CO2的排放量，减缓温室效应的进程，世界各国积极采取行动，制定了《京都议定书》、《哥本哈根协议》、《德班一揽子协议》和《巴黎协定》，提出了一系列减排目标，表明国际社会控制CO2排放的决心。为了实现CO2有效减排，达成国际共识和完成减排目标，学者们广泛开展了CO2捕集技术与资源化技术的研究[2]，其中在CO2捕集技术方面，研发出了吸附法、吸收法、膜分离法和生物法，其中醇胺法被认为是目前较为有效的CO2吸收技术，但其运行费用较高，且存在CO2泄露危险[3]。这将使CO2无法发挥出较大的利用价值，因此，科研人员将注意力更多地转移到CO2资源化利用方面，成为近几年的一个研究热点问题。CO2资源化利用指的是将生产过程中产生和经过捕集过程之后的CO2进行提纯，投入到新的生产工艺中，转化为附加值较高的化工产品。这样不仅解决CO2泄露存在的隐患，同时可以达到CO2减排的目的，而且为化学工业提供廉价易得的原料，开辟了一条极为重要的非石油原料化学工业路线，有利于化工行业的发展[4]。CO2资源化利用在生物、物理和化学方面已经有所应用。在生物方面，CO2主要作为农作物的气肥，促进其光合作用的效果，增加产量[5]。在物理方面，CO2可以作为惰性气体，用于电弧焊接和灭火材料；也可以用作冷却剂，对食品进行冷却与冷冻；而且能够充当清洗剂，清洗光学零件和精密机械零件等[5]。化学方面是科学工作者研究的重要领域，主要是将CO2转化为基础化学药品、有机染料或者固定为高分子材料，转化途径为CO2还原为甲酸、甲醇和烃类等或者羧化为羧酸、氨基酸、碳酸酯及其聚合物等[6]。其主要的技术方法有：光化学还原法、电化学还原法和催化转移氢化法。1光化学还原法光化学还原CO2的反应，一般被认为是一种人工的光合作用，它在减小或回收二氧化碳的同时产生一定的能量[7]。光化学催化还原CO2是氧化还原耦合的过程，入射光的能量必须等于或者大于催化剂的带隙[8]，利用光能作为反应的驱动力，激发光催化剂产生电子和空穴对[9]，使CO2活化为更加活泼的状态，完成CO2的转化，从而使光能转化为化学能。