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二氧化碳压裂技术研究状况探析发布时间：2022-10-12T03:05:50.215Z 来源：《科学与技术》2022年第11期作者：宋有裕沙龙苏文渊[导读] 近些年，随着我国油田对压裂工艺的不断研究发现采用二氧化碳压裂技术具有多项优势。
宋有裕沙龙苏文渊延长油田股份有限公司陕西延安 716003[摘要]：近些年，随着我国油田对压裂工艺的不断研究发现采用二氧化碳压裂技术具有多项优势。
特别适合低压低渗透、致密及水敏性强的复杂岩层。
本文主要介绍了二氧化碳泡沫压裂技术和二氧化碳干法压裂技术的工作原来和技术特点，并对我国目前二氧化碳压裂技术存在的问题进行了概述，最后指出了二氧化碳压裂技术的发展方向，旨在为我国的压裂工艺奠定一定的理论基础。
[关键词]：二氧化碳压裂技术效果一引言我国目前针对低渗、特低渗致密油气藏实用性比较强的增产增效措施之一就是进行压裂工艺。
而且随着技术的不断成熟，压裂工艺在油气资源开采方面具有广阔的发展前景。
传统的压裂工艺在进行施工过程中会耗费大量的水资源，而且可能会对周围的地表环境造成一定程度的污染。
但是采用二氧化碳压裂技术可以从根本上改变这种情况，进行压裂作业后的二氧化碳会以气体的形成从地层中排出，这样即不会对地表环境造成污染也不会伤害到储层。
该技术的问世大大提升了我国压裂工艺水平，具有很广阔的应用前景。
二 CO2压裂技术及特点2.1 CO2泡沫压裂技术二氧化碳泡沫压裂技术指的是采用二氧化碳、增稠剂、破胶剂以及其他一些化学物质经过一定比例的调配共同作为压裂介质来进行压裂施工作业。
由于压裂液中含有一定量的增稠剂，会增强整个体系的造壁能力，所有二氧化碳泡沫压裂技术在进行压裂施工的过程中滤失量小。
而且，由于泡沫自身的携带作用会降低砂子的沉降速度，这说明泡沫压裂技术具有很好的携砂性能。
除此之外，二氧化碳泡沫压裂能够快速返排与产层接触时间较短，能够避免避免黏土矿物的水化和运移，在水敏地层增产效果明显。
49储层改造技术已经成为低渗、超低渗油气藏和致密油气藏等非常规油气藏有效开发的关键技术，水力压裂是目前国内外最常用的储层改造手段，即采用水基压裂液对储层进行压裂改造，但水基压裂液体系存在水资源大量浪费、黏土膨胀和压裂液残渣伤害储层、返排不完全造成地下水污染以及污水处理费用高昂等缺点，利用CO 2替代水进行压裂是目前压裂技术发展的重要方向。
一、二氧化碳压裂定义CO 2压裂技术源于以美国、加拿大等为代表的北美地区，在对地质和工艺研究的基础上，已经从早期的CO 2增能伴注压裂和CO 2泡沫压裂发展到CO 2干法加砂压裂技术，已形成了系列相关专利技术、装备。
二、国内外CO 2压裂技术与装备现状1.国外CO 2压裂技术与装备现状美国Baker Hughes、Fracmaster、Schlumberger等公司已经开发出成套技术与装备，现场应用3000余井次，在强水敏/水锁非常规油气藏中增产效果显著，同比单井产量提高50％以上。
其中美国Devonian页岩气藏采用CO 2加砂压裂改造后，9个月后产量相当于氮气压裂井的2倍，相当于CO 2泡沫压裂井的5倍；美国泥盆系页岩15口压裂井进行对比试验，生产37个月后，用CO 2加砂处理井的单井产气量为CO 2泡沫处理井的4倍，为氮气处理井的2倍。
2.国内CO 2压裂技术与装备现状20世纪90年代末，通过引进美国斯伦贝谢公司和双SS公司技术，国内长庆、延长、大庆、吉林、中原以及胜利油田先后现场应用了CO 2伴注、增能、泡沫压裂等工艺100余井次，工艺技术及装备日趋成熟，取得了一定效果。
但国内进行CO 2干法加砂压裂作业及装备研制的研究较少，仅吉林、长庆、延长等油田进行了先导性试验，涉及的装备、配套能力要求高，装备的研制以中石化四机石油机械有限公司、长庆油田和烟台杰瑞石油装备制造公司为代表，具有完整的配套设备及现场施工能力。
长庆油田2000年引进CO 2泡沫压裂设备，可进行泡沫压裂和早期的纯CO 2压裂作业，主要用于低渗气层改造。
页岩气co2泡沫压裂技术
现阶段，利用岩石毛细孔中的co2赋存量，利用其作为液体的体积膨胀及液体的许多性质，结合页岩气压裂技术，从而开发出了页岩气co2泡沫压裂技术。
首先，页岩气co2泡沫压裂技术是以低温液体co2为介质，通过液体发泡及压裂，使得油气藏毛细孔内许多封闭的油气节点与此液体co2充分接触，从而获得大量的页岩气。
其次，这样的技术能够有效的提高对深层页岩气的采收率，同时能够有效的减少污染，减少对环境的污染。
最后，岩石毛细孔中的co2不仅当作介质使用，其在页岩气开发过程中也可以被有效的利用，从而达到节能环保的目的。
总之，页岩气co2泡沫压裂技术是一种能够有效实现页岩气开采过程中高效减排的环保技术，并且具有节能环保、节约用水、降低开采成本等优点。
二氧化碳泡沫压裂的分析与研究田少华（中国石油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：随着现代石油开采的地层属性不断复杂化，传统的水基压裂液已难以满足现代石油开采的实际需求。
二氧化碳(CO 2)泡沫压裂是一种压裂液体系，因注入CO 2使压裂液体系中液体与气体可以互存。
本文主要通过分析CO 2泡沫压裂的机理，并对其适用性进行探讨。
关键词：CO 2；泡沫压裂；机理；适用性随着石油工业的发展，其储层越来越复杂，且非均质性也不断增强，较多地层出现低压、低渗现象，使入井液返排的难度不断升高，从而导致地层的二次污染。
传统的水基压裂液存在压裂液破胶不完全的问题，且在破胶后会有部分残渣余留于裂缝中，会使充填层的渗透率大幅降低，造成压裂效果不明显，难以满足石油工业的发展需求［１］。
而二氧化碳（ＣＯ２）泡沫压裂作为一种新型的压裂液体系，是一种能满足现在石油工业发展的重要技术。
一、CO 2泡沫压裂机理分析ＣＯ２泡沫压裂液体系在一些低压、低渗的储层中具有非常显著的施工效果，其工作机理主要包括二氧化碳泡沫压裂体系粘度高、滤失低、悬砂性好、摩阻小以及反排能力强等。
1.CO 2泡沫压裂体系粘度高ＣＯ２泡沫压裂体系在添加一定的稠化剂之后，并将ＣＯ２气体注入，因该气体结果具有的特点，能有效提高压裂液体系的粘度。
ＣＯ２泡沫的粘度主要取决于泡沫的质量与液相性能，其质量性能越好，则表明气泡的密集性就越好；而气泡的干扰、摩擦阻力越大，也就表明其粘度越高。
通常情况下，泡沫质量达到７５％至８０％之间时，其粘度就会达到最大。
因此，通过将其液相粘度增大，既可以有效提高泡沫的稳定性，还能有效增强泡沫流体的粘度，从而使ＣＯ２泡沫压裂液的造缝能力不断增强，最终产生出裂缝宽度越大、长度越长。
2.CO 2泡沫压裂体系滤失低ＣＯ２泡沫压裂液与传统的水基冻胶压裂液比较，具有滤失系数低与滤失量较小等特点，主要是由于该体系中添加了一定的稠化剂，从而使其造壁能力增强。
二氧化碳干法加砂压裂技术应用现状与发展趋势摘要：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。
浅论二氧化碳泡沫压裂液摘要：吉林油田储层较为复杂，非均质性强，绝大多数油藏属于低压、低渗、水敏性。
常规的水基冻胶压裂液对油层有较大的伤害，反映到如排液困难、压后效果不好等。
通过CO2泡沫压裂增产机理，压裂液综合性能评价，以及现场应用情况，取得了较好的效果，为低渗低产能油田开辟了新的增产措施。
关键词：增产机理；泡沫压裂；室内试验压裂是提高油气藏早期产能、保持长期稳产的主要措施。
压裂液是压裂技术的重要组成部分，其性能的好坏直接关系到压裂施工的成败与压裂的效果的好坏，优质低伤害低成本是其发展方向。
1 CO2压裂现状及发展利用CO2压裂，国外已有三十多年的历史。
六十年代初，CO2作为添加剂与冻胶压裂液混合助排；七十年代初，水基压裂液中CO2浓度达到50%，这类压裂液既可满足设计的裂缝长度，又可大大减少压裂液的用水量；八十年代，CO2浓度超过了50%，通过吸收地层热量，减少以CO2气体为分散相的泡沫，具备了泡沫压裂液的优良性能，减少了因液堵对地层相对渗透率的破坏，特别适用于水敏性地层；同时，美国和加拿大的一些公司已用100%的液态CO2压裂，每年几百口井以上，取得了很好的效果，其主要特点是对地层无损害，不留残液，排液快，经济效益好。
2 探究CO2压裂增产机理（1）在CO2压裂施工过程中，注入了大量的CO2，在地层温度下，CO2快速汽化，混溶于原油中，将大幅度降低原油粘度。
另一方面，还增加了溶解气驱能量，达到助排的目的。
液体从地层向井筒流动的基本规律：在地层条件都不变的情况下，原油的粘度若降低一半，原油的产量就可提高一倍。
（2）饱和CO2的液体，PH值在3.2-3.7之间，相对来说是无腐蚀的，PH值是CO2能成为一种有效的油井强化增产介质，如当PH值降至4.5-5.0以下时，膨胀的粘土矿物可以被减少，能保持地层的渗透性，可能解除裂缝的堵塞。
（3）由于CO2泡沫压裂液具有造缝面积大、所造的裂缝导流能力高等特点，将大大提高增油能力，效果显著。
液态二氧化碳压裂技术研究现状与展望作者：宋远飞孙鹏勃来源：《科技与创新》2016年第19期摘要：液态二氧化碳压裂技术是生产运营过程中增产改造的一种常见工艺技术，而将液态的二氧化碳作为压裂液具有多种优点。
液态二氧化碳是一种无毒、无味的物质，在其使用过程中，不会对储层造成任何伤害。
过去，压裂技术中使用最多的就是水基压裂液，水基压裂液在致密气藏、页岩气藏开发中具有许多问题，而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一不足。
下面，结合液态二氧化碳压裂技术的使用现状，深入探讨了液态二氧化碳的应用特点、发展现状和研究方向，以期为日后的相关工作提供参考。
关键词：液态二氧化碳；增产技术；压裂改造工艺；生产性能中图分类号：TE357.1+3 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.19.014目前，压裂改造是最主要的增产技术之一，它在低渗、特低渗致密油气资源的开发中具有较强的实用性，特别是在油气资源密集的页岩油气资源的开发过程中，该方法也具有较好的发展前景。
传统的压裂液在使用过程中需要耗费较多的水资源，而且还有可能会污染地下水和地表环境。
而液态二氧化碳压裂技术则从根本上改变了这一现状，压裂后的二氧化碳变成气体从地层中完全排出，对储层几乎无伤害，因而在低渗、低压、水敏性储层开发中得到了广泛的应用。
1 液态二氧化碳压裂技术特点分析在液态二氧化碳的压裂过程中，液态的二氧化碳是最主要的压裂液。
该方法主要是采取一定的技术手段将二氧化碳加压、控制温度等，进而满足实际压裂工况。
通常情况下，在一般环境下，二氧化碳由气态转变为液态的临界温度是31 ℃，临界压力为7.38 MPa，而且液态二氧化碳的密度与水的密度相差不大，而对其加压后，液态二氧化碳的黏度则大大降低了。
在实际工程中，液态二氧化碳在使用后可以转变为气态物质，从而便于其从地层排出，不会对地层造成危害。
所以，液态二氧化碳压裂技术是一种真正的无伤害工艺。
二氧化碳泡沫压裂技术研究及应用现状
本文总结了二氧化碳泡沫压裂技术相对于常规水力压裂技术的优点，介绍了二氧化碳泡沫压裂室内研究及现场应用现状。
就目前国内的应用效果来说，二氧化碳泡沫压裂与普通水力压裂相比具有更好的压后投产效果，对于储层渗透率损害相对较低。
最后给出了二氧化碳泡沫压裂技术的认识与研究方向，将适合二氧化碳泡沫压裂技术的压裂液和解决压裂后产能递减率过高两点作为今后主要研究方向。
标签：二氧化碳；泡沫压裂；应用现状
自从吉林油田在1997年引进国外石油公司的二氧化碳泡沫压裂设备后，国内相关高校及石油公司开始对二氧化碳泡沫压裂进行研究。
而二氧化碳泡沫压裂工艺以其相对于常规水力压裂较少的用水，对国内水敏地层的适应性，以及在低压地层中优异的返排能力，赢得了广泛关注，成为非常规油气储层的新型压裂方法。
二氧化碳泡沫压裂是将液态二氧化碳和压裂液同时注入井筒，使井筒中充满二氧化碳泡沫，以二氧化碳泡沫作为压裂介质进行造缝的压裂方法。
1 二氧化碳泡沫压裂优点
相对于常规水力压裂，二氧化碳泡沫压裂具有许多常规压裂所无法企及的优点。
二氧化碳泡沫压裂水相含量低，能够有效降低储层中粘土膨胀运移，避免造成过高的储层渗透率降低，减少对储层的伤害。
而且二氧化碳水溶液pH值小于7，呈现弱酸性，也能够在一定程度上一直粘土膨胀。
对于地层能量不足，地层压力系数小于1的低压油气层，采用二氧化碳泡沫压裂能够有效降低井筒液柱压力，使地层有足够能量将压裂液快速返排，加之二氧化碳泡沫压裂液在储层中滤失量较低，进一步降低了进入地层的压裂液对储层造成的二次损伤。
在注入的液態二氧化碳中加入增粘减阻剂，注入井筒中形成的高质量二氧化碳泡沫具有较高粘度，相对于常规水力压裂携砂能力大大增强，同时能够有效降低了压裂管柱摩阻，为大排量压裂施工提供可能。
2 二氧化碳泡沫压裂室内研究与现场应用现状
二氧化碳泡沫压裂室内研究主要集中在相应的压裂液的研制上。
国内研究人员参考国外使用的增稠剂，采用羟丙基胍胶作为增稠剂，测得液态二氧化碳与基液混合起泡年度达到了248mPa·s。
刘晓明评价了CRJ改性胍胶和AC-8酸性交联剂的压裂液性能，CRJ改性胍胶浓度为0.65%-0.7%时，泡沫质量大于50%后，高温剪切粘度为150mPa·s，测得岩心伤害率小于15%。
朱洪涛研制了弱酸性二氧化碳交联冻胶泡沫压裂体系，在川西新厂气田储层温度下的粘度超过了600mPa·s。
随着二氧化碳泡沫压裂液的发展，其现场应用报道也层出不穷。
潘晓梅在大庆永乐油田葡萄花油层进行了3口井现场试验，与普通水力压裂和多裂缝压裂相比，二氧化碳泡沫压裂具有良好的初期效果，但是压后产量递减幅度略大。
2009年谢平对2000年以后在苏里格低渗透气田进行二氧化碳泡沫压裂改造的20井次与盆地产能测试148口井的结果进行对比，达到工业气流井的比例大幅度提高，无阻流量大于10×104m3/d。
与同期常规水力压裂相比，绝对无阻流量平均增加4.479×104m3/d，提高了40.4%。
岩心伤害率平均从74.87%降低到48.51%。
3 二氧化碳泡沫压裂认识与研究方向
由于二氧化碳泡沫压裂具有水相含量低，促进返排的特性，能够有效降低压力液进入地层的量，降低压裂液与地层的接触时间，最大限度地抑制地层粘土膨胀，相比较于常规水力压裂，压后地层渗透率降低幅度相对较小。
结合国内近几年对于二氧化碳泡沫压裂液的研制，目前的二氧化碳泡沫压裂技术已经日趋成熟。
但是目前其现场应用规模来说与研究规模差距较大，见诸报道的施工井数较少。
一方面由于技术上与常规水力压裂相比较，还有一些需要攻克的难点；另一方面，受到了施工成本及工艺上的限制。
就目前国内矿场施工来看，二氧化碳泡沫压裂技术还存在一定的工艺问题，二氧化碳高压注入设备及流程有待完善。
压裂后生产上的最大问题是初期压裂效果较好，但是中后期递减速度较快。
今后针对该技术的研究方向除了高效压裂液的研制外，就是针对压裂后产能递减率过高的问题。
二氧化碳泡沫压裂相关的理论研究和数值模拟展开程度仍不及预期，在充分的理论研究之后对区块进行数值模拟，站在较高角度来观察压裂后的增产效率，判断压裂效果，为今后压裂施工提供理论经验支持。
相信在二氧化碳泡沫压裂工艺的不断完善，在更先进更经济的增稠减阻剂研发，在降本节支及节省水资源的大环境背景下，这项压裂技术必将成为今后常规压裂的主导技术。
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