二氧化碳压裂技术发展现状
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[摘 要]传统水基压裂技术在非常规油气藏的实施具有诸多弊端，增产的同时又为后期油气生产引发一系列问题。作为新型压裂技术的一种，二氧化碳压裂引入二氧化碳作为新的压裂介质，部分或全部取代传统压裂液中的水组分，并加入相关化学剂，配套相应的施工工艺，在非常规油气藏的开发中取得了良好效果。
[关键词]二氧化碳压裂；地层伤害；返排；增产效果
中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0400-01
1. 前言
中低渗油、气资源往往伴随着油藏渗透率低、储量丰度低、单井产能低等缺点，但同时在我国又具有储量丰富、分布广泛的优势[1]，开发潜力十分巨大。随着油气田开发技术的进步，低渗透、致密等非常规油气资源的开发，愈发受到重视。
压裂技术作为中低渗油气田的主要增产措施，在国内外已经得到了长期广泛的应用。传统的水基压裂液存在破胶不完全、返排不彻底以及在地层中滞留量大等问题，对地层伤害严重，也不利于后期的油气生产。为解决此类问题，具有适用于非常规油气藏、对地层低伤害等特点的新压裂技术不断问世。其中，CO2压裂以其低伤害、易返排等优势，得到了广泛的研究与应用。
2 技术概况
2.1 二氧化碳压裂技术特点
该技术由于以CO2为主要压裂介质，具有常规压裂所没有的优势：①进入储层的液量被有效降低，同时依靠CO2增能助排的特性，大幅度提高了排液速度及返排率，减少了压裂介质在储层中的滞留量和其对储层的伤害，不影响措施后油气生产；②CO2压裂时其混合液粘度高、携砂性好，使施工排量和砂比有效提高；③部分CO2溶于地层水后形成碳酸，可以抑制粘土膨胀。
2.2 二氧化碳压裂技术分类
CO2压裂以压裂液中泡沫质量及气相介质的不同，分为以下几个技术类型。
①. 二氧化碳增能压裂：或称混气水压裂，泡沫质量分数<52%。在施工时以CO2作为预置液先期注入，后续再进行常规压裂。其中常规压裂中的水基压裂液作为前置液及携砂液。该技术的优点是能够增加压裂液返排时的地层能量，并利用气体的携液能力，达到快速返排的目的，同时降低伤害并提高压裂效果。其施工工艺相对简单。但没有减少进入地层的工作液。
②. 二氧化碳泡沫压裂：泡沫质量分数在60%-80%。该技术中压裂液为由液态CO2、水冻胶及各类化学添加剂所组成的液-液混合体系，压裂液粘度随泡沫质量分数的不同发生很大变化。
③. 二氧化碳干法压裂：以液态CO2或在其基础上添加其他化学剂作为压裂介质，施工中以液态注入，液态CO2在地层条件下气化。该技术压裂液中不含任何水成份，化学剂的选择主要以在CO2中溶解性能好且可增大液态CO2粘度的增稠剂。依靠液态CO2的造壁性，在储层中形成动态裂缝，为油气流动提供导流能力较高的渗流通道，施工后地层中无液体残留。
此外还有“二氧化碳+氮气”泡沫压裂技术，指在压裂施工中同时注入二氧化碳及氮气。
3 发展现状及应用
上世纪九十年代以来，吉林油田、长庆油田等相继进行了CO2压裂的相关试验，取得了良好的效果。与常规压裂技术相比，CO2压裂在相应的各种油藏条件下具有特殊的优势。
吉林油田二氧化碳蓄能压裂[2]：CO2蓄能压裂是一种以液态CO2为压裂介质，以高强度固体颗粒为支撑剂的无水相压裂技术。
施工准备：将设计使用量的液态CO2运至现场并增压泵至CO2蓄能压裂混砂车，并将车内支撑剂加压降温到与液态CO2同一温度压力水平。施工过程中控制出砂速度，同时加入增稠剂和分散剂对CO2进行稠化以增强其携砂能力。最后将携砂流体高压泵入井筒。由于采用无水作业，该工艺节约了大量水资源，且无传统水力压裂所引起的压裂液地层滞留和地层伤害，同时兼具CO2采油的优点如原油降粘和增加地层能量等。
该工艺于2015年在吉林油田应用了5井次。其中效果最好的单井技术指标为：单层加砂20.5方，单层液量696方，施工排量8方/分，最高砂比14%。措施后效果显著：日产液量11吨，日产油8.2吨，压力4.5MPa，自喷求产。
吉林油田前置二氧化碳压裂[3]：工艺原理为通过前置液态CO2（增能）+冻胶压裂液加砂（压裂）的方式，提高地层能量、降低滤失、提高返排率。
该工艺于2016年在吉林油田以气井为试验井实施。施工后后初期的日返排量达150方，返排次日见气。至措施后40天，日均产气达1.5×104方，措施效果优于临井的水力压裂。
新场气田二氧化碳泡沫压裂[4]：利用CO2泡沫压裂液粘度高、滤失量小、摩阻损失小等特点，使压裂液最大程度用于造缝，形成的裂缝更宽、穿透更深、延伸更广，并提高施工排量，产生更大裂缝面积同时降低摩阻，较好的弥补由低静水压力引起的井口压差。
在优化了施工参数、支撑剂以及铺砂浓度后，该工艺于2015年分别在2口试验井的各自不同井段实施了CO2泡沫压裂。措施后与临井对比，CO2泡沫压裂具有更好的压后返排和增产效果。
长庆苏里格气田二氧化碳干法加砂压裂[5]：研发了CO2密闭混砂装置、新型氮气增压装置、新型CO2储液装置、载荷旋塞阀远程控制系统、施工数据采集一体化技术和新型CO2提黏剂体系，进行了14井次的先导试验。
解决了CO2干法加砂压裂施工排量低、带压混砂难、CO2携砂性差等世界性难题。实现了CO2干法加砂压裂由单井单层注入到单井多层注入，油管注入到“油套同注+环空加砂”等多种工艺的重要技术升级。
4 结论
1. CO2压裂技术以CO2为主要压裂介质，相比传统水基压裂液具有特殊优势。
2. 从现有的应用情况来看，CO2压裂在一定程度上可作为传统压裂的替代技术用于非常规油气藏的开发。
3. 由于压裂介质的改变，CO2压裂与传统水基压裂在施工工艺、设备、参数等方面存在诸多不同，现有技术仍有较大改进空间和技术升级可能。
参考文献
[1] 胡文瑞.中国低渗透油气的现状与未来[J].中国工程科学，2009，11（08）：29-37.
[2] 田磊，何建军，杨振周，魏晓敏.二氧化碳蓄能压裂技术在吉林油田的应用[J].钻井液与完井液，2015，32（06）：78-80+84+109.
[3] 吉林油田前置二氧化碳压裂获突破[J].石油化工應用，2016，35（07）：142.
[4] 邢宽宏.二氧化碳泡沫压裂技术在新场气田的应用研究[J].石化技术，2015，22（10）：74.
[5]. 中国二氧化碳干法加砂压裂获重大突破[J].石油化工应用，2017，36（05）：148.
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