鄭觀輝（長城鉆探工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010）

二氧化碳壓裂液研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

鄭觀輝（長城鉆探工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010）

二氧化碳（CO2）壓裂液目前被廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢頭良好，針對低滲、強(qiáng)水敏及水鎖性的油氣藏，二氧化碳壓裂液能夠顯現(xiàn)出迅速返排、徹底破膠的優(yōu)勢。CO2壓裂液主要可以分為泡沫壓裂液和干法壓裂液，由于前者有酸性交聯(lián)合兩相流的特點(diǎn)，導(dǎo)致液態(tài)的CO2粘度過低，我國的CO2壓裂液研究起步晚，目前還不太成熟，本文主要探討了CO2壓裂液的相關(guān)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

二氧化碳壓裂液；CO2；泡沫壓裂液；干法壓裂液；應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)在，在油田開發(fā)的過程中尤其是在中后期，由于較低的底層壓力，低滲、強(qiáng)水敏水鎖油氣藏中經(jīng)常出現(xiàn)壓后返排問題，此外，地層能量的不斷下降再加上壓裂液給地層的傷害，很多油氣井在壓后一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)壓力就下降沒了，壓裂很難達(dá)到效果。然而，CO2壓裂液的運(yùn)用能夠有效避免水和地層的碰觸，有效降低水鎖水敏對地層的損害。其中泡沫壓裂液能夠把液態(tài)CO2和常規(guī)水基壓裂液混合為穩(wěn)定的泡沫用于施工，干法壓裂液是使用液態(tài)的CO2代替常規(guī)水力壓裂液用于施工。

1 CO2壓裂液優(yōu)點(diǎn)

1.1 CO2泡沫壓裂液優(yōu)勢

第一，CO2的內(nèi)相特性在入井液量方面有所降低，避免了常用的水基壓裂液對地層的損害。第二，CO2的汽相特性的存在使二氧化碳提供的能量能夠在最短時(shí)間內(nèi)清除儲(chǔ)層中壓裂液剩余的液體，加速幫助返排，降低水鎖水敏帶來的損害，同時(shí)，避免了斷裂面旁邊的滲透率損失。第三，在成本使用方面，由于不需要處理抽汲井也不需要回收壓裂液，所以性價(jià)比高，成本低，很適用于油氣藏改造。

1.2 CO2干法壓裂液優(yōu)勢

第一，無水相性可以避免水敏水鎖的損害，第二，由于壓裂液的較低的界面張力，在其受熱以后可以從儲(chǔ)層中快速返出，第三，壓裂液無殘?jiān)膬?yōu)點(diǎn)能夠很好地清潔裂縫導(dǎo)流床，使其導(dǎo)流能力和裂縫長度得以保留。第四，CO2很高的溶解度可以有效降低原油的粘度，改善其流動(dòng)性。第五，較低的CO2界面張力能夠有效解析非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層中的吸附氣。

2 CO2泡沫壓裂液的相關(guān)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

針對二氧化碳泡沫壓裂液的研究開始于20世紀(jì)60年代，德國費(fèi)思道爾夫在石炭系士蒂凡組氣藏的壓裂改造中試驗(yàn)成功，美國也運(yùn)用泡沫壓裂液取得了增產(chǎn)效果，現(xiàn)在，國外的這項(xiàng)技術(shù)基本成熟，更加注重內(nèi)相氣泡的控制，耐溫耐剪切性能很好，最大攜砂濃度可達(dá)1 400 kg/m3，加砂規(guī)模達(dá)到150 t，能夠用于大型加砂壓裂。國內(nèi)的研究在90年代才開始，受到耐高溫稠化劑和添加劑研究的限制，泡沫壓裂液在應(yīng)用方面還不成熟，相關(guān)的施工設(shè)備和技術(shù)不完善，泡沫壓裂液主要由交聯(lián)凍膠和液體的CO2構(gòu)成，其pH值成酸性，在稠化劑選擇方面一般使用CMHPG（羧甲基羥丙基瓜爾膠），但是國內(nèi)沒有相關(guān)的成熟產(chǎn)品，仍然使用HPG（丙基瓜爾膠），其在酸性條件下很容易破膠，這成為研究的關(guān)鍵。

川慶鉆探有限公司研究出了酸性膠聯(lián)劑AL-1，和HPG稠化劑、WDJ-2起泡劑及CF-5E助排劑聯(lián)合構(gòu)成了一套壓裂液體系。這套體系在穩(wěn)定性和耐溫耐剪切性方面具有優(yōu)勢，相應(yīng)的濾失量較低，避免了對地層巖心的損害，這套體系被應(yīng)用于蘇里格氣油田中，并且取得了巨大的增產(chǎn)效果。

中原石油勘探局和西南油氣合作研發(fā)出一套酸性交聯(lián)壓裂液體系，其泡沫質(zhì)量能夠達(dá)到53%-60%，耐高溫達(dá)性強(qiáng)，最大的入井深度達(dá)3700m，同時(shí)，運(yùn)用美國SS公司的設(shè)備取得了進(jìn)展，此外，此公司還研制出與國內(nèi)情況相結(jié)合的HV-100 CMH?PG，其不溶性的殘?jiān)苌?，并且?789m的深井二氧化碳泡沫壓裂液試驗(yàn)中使用了此款產(chǎn)品，并取得了成功。吉林、大慶等油田也進(jìn)行了泡沫壓裂液的相關(guān)開發(fā)和具體實(shí)驗(yàn)，在低滲透性的油氣開發(fā)中取得了效果。這一系列改造技術(shù)有效解除了排液的問題，避免對油氣層的損害。

3 CO2干法壓裂液的相關(guān)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

1981年，學(xué)者們初次提出了純液態(tài)CO2作為壓裂液進(jìn)行施工并首次應(yīng)用于加拿大Glauconite砂巖油藏，1985年開始研究干法壓裂液技術(shù)，加拿大總共進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)450井次，運(yùn)用于不同種類的地層超過30類，大部分是氣井，這標(biāo)志著干法壓裂的成熟運(yùn)用。但是由于液態(tài)二氧化碳粘度比較低，攜砂及造縫能力弱，應(yīng)用規(guī)模有限，因此，需要使用和二氧化碳溶解到一起的化學(xué)劑來增加其粘稠度，需要通過增加低相對分子質(zhì)量化合物來提升CO2的粘稠度。國內(nèi)的相關(guān)研究開始于21世紀(jì)，川慶鉆探攻速運(yùn)用模擬技術(shù)探究而二氧化碳和提粘劑的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)不同提粘劑的效果，在62℃～63℃、15～20 MPa這樣的條件下，可以將干法壓裂液粘度提高到5～10 mPa·s，有效降低了對油氣井巖心的損害率。與2011年再蘇里格氣田試驗(yàn)了這項(xiàng)研究，2013年又進(jìn)行了干法加砂壓裂實(shí)驗(yàn)，施工排量是2.0～4.0 m3/min，加砂量是2.8 m3，和傳統(tǒng)的壓裂技術(shù)相比，產(chǎn)效顯著。

4 結(jié)語

二氧化碳壓裂液的運(yùn)用能夠有效減少水和地層接觸的可能，減少了對地層的傷害，技術(shù)優(yōu)勢明顯，效果顯著，對于泡沫壓裂液的酸性交聯(lián)的特征，交聯(lián)劑的開發(fā)應(yīng)該作為重點(diǎn)，研發(fā)較高技術(shù)含量的稠化劑，此外，提高二氧化碳粘度能夠有效改善干法壓裂液的攜砂性，拓展干法加砂的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。

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