无水压裂技术国内外技术现状

无水压裂技术国内外技术现状

水力压裂技术是油气田增产措施中应用最广泛的技术，但其存在容易对地下水造成污染、对水敏储层造成伤害、返排困难的弊端。

避免压裂工艺对水资源环境造成污染一直是压裂工艺发展的目标，针对上述问题，前人致力于研发环保的无水压裂技术，无水压裂技术是指压裂液不含水或者含有少量水。目前无水压裂技术主要有 LPG 压裂技术、油基压裂技术、液态 N?压裂技术、干法 CO?压裂技术及准干法 CO?压裂技术。

一、液化石油气（LPG）压裂技术

液化石油气压裂技术是一种以油基压裂液为压裂液的压裂技术，其携砂性能和返排性能优良且对地层伤害较低，但是成本较高，安全隐患很大。

2008 年 LPG 压裂技术开始进入现场应用，在 Hiram Brook 砂岩、Eagle Ford 等多个地区成功应用，该技术在致密油气层均取得了较好的增产成效。

国内关于 LPG 压裂技术的研究尚处于起步阶段，中石油勘探开发研究院初步建立起了有毒和挥发性气体超临界液化与压裂液制备的实验方法。

我国对于 LPG 压裂技术的应用尚不成熟。

二、液态 N?压裂技术

液态 N?压裂技术是指将 N?注入到目的层，利用液态 N?温度很低的物理性质，使目的层产生较大的温度差，从而诱导热应力和 N?气化的膨胀力共同作用生成裂缝。

延川南煤层气田采用液态 N?压裂技术，取得了较好的效果，证明液态 N?压裂技术适合用于低渗透和高应力的目标煤储层。

但是由于液体 N?的黏度较低，因此不易携带支撑剂。根据液态 N?的储存要求较高特征，现场施工设备使 N?处于稳定的低温环境，这增加了压裂施工的难度。

三、干法 CO?压裂技术

干法 CO?压裂技术是 100% 液态 CO?+ 增稠剂作为压裂液，进行加砂压裂后在地层中随温度压力的变化气化，因此压裂施工后地层无残留。

干法 CO?压裂技术在国外较为成熟：1981 年，干法 CO?压裂技术在北美加拿大首次被应用，作业井底温度在 10-100℃，最大作业深度达 3000 m。1982 年，Fracmaster 进行了 40 余次的液态 CO?压裂，结果显示压裂效果优于常规压裂。1985 年，对 CO?干法压裂的数值模拟技术已有了一定的认识。1987 年，加拿大将 CO?干法压裂用于各种储层，其中 95% 为气井，5% 为油井，技术趋于成熟。1993 年，美国能源局在肯塔基州进行了液态 CO?干法压裂试验，结果显示增产效果明显。1999 年，伯灵顿能源公司首次实现了 CO?压裂加砂。

干法 CO?压裂技术在国内处于初步发展阶段：我国在吉林油田的致密气藏进行了首例干法 CO?压裂施工。2011 年，川庆钻探工程有限公司在苏里格气田成功进行了不加砂 CO?干法压裂现场试验。2013 年，川庆钻探工程有限公司在苏里格气田成功进行了液态 CO?干法加砂压裂现场试验，对比邻井增产效果显著。2016 年，川庆钻探长庆井下技术作业公司完成了对致密低渗透砂岩气藏的 CO?加砂压裂，这一施工创下了国内干法 CO?加砂的新记录。2017 年，延长石油公司开展了 100 多项低渗透油藏的 CO?干法压裂技术探究。2018 年，邹万礼基于 S 油田的 K 区块，通过 PETREL 进行地质建模结合油藏数值模拟，共同开展对油藏区块干法 CO?压裂施工设计参数优化的工作。2021 年，辽河油田成功实施了首口利用干法 CO?压裂技术进行蓄能压裂，压后油井日产油稳定在 15 吨左右。该干法压裂技术现场应用的成功为中低渗老油二次产能提供了新的方向。2019 年，周然等人开发了一种新型的 CO?干法压裂液体系，自主研发出一种高效增稠剂，配制出了 2%-3% 新型有机硅增稠剂 + 97%-98% 液态 CO?的高效压裂液体系，并将该体系于鄂尔多斯盆地应用，效果显著。

但该技术需要密闭混砂车，施工工艺相对复杂，对于目前压裂设备水平而言存在一定施工难度和推广难度。干法 CO?的增稠剂一般使用聚合物，聚合物成本较高，且压裂液体系黏度较低，携砂性能较弱。

三、准干法 CO?表活剂型压裂技术

准干法 CO?表活剂型压裂技术是在干法 CO?压裂技术基础上发展起来的，其目的是摒弃专用的密闭混砂车，与现有压裂工艺无缝连接，降低施工风险。二氧化碳准干法提高水基体系携砂能力，使其携砂能力提高到 100%，同时水基体系还是液态二氧化碳的增稠剂，也即水基体系与液态二氧化碳混合时在 30 s 内混相均匀，混相后的黏度不但没有降低，反而比水基体系的黏度提高 10-20%，进一步提高准干法二氧化碳压裂液体系的携砂性能。

在鄂尔多斯路相页岩气的开采中首次运用了前置准干法 CO?压裂技术，相比使用传统滑溜水作为压裂液压裂的邻井进行产量单井日产量增加了 12000 m? 以上。

从工艺角度来看，CO?准干法压裂是将 CO?在造缝方面的优势与常规水力压裂加砂量大、施工工艺成熟等优势相结合的技术，该技术旨在结合两种工艺的优点，提高压裂效率和降低成本。

罗成使用聚合物类增稠剂对准干法 CO?压裂液中的水相和 CO?液相增稠，对准干法 CO?压裂液体系的组成、携砂能力和耐温耐剪切性能进行研究。并将该准干法 CO?压裂体系应用于冀东油田中，现场应用结果显示，与使用常规压裂的邻井相比该压裂方法使得日产油量提高 2.5 倍和日产气量提高 8.6 倍。

在延长油田的特低渗气井中，准干法 CO?压裂技术被成功应用，并且取得了显著的成果。数据显示，采用该技术后的天然气无阻流量均超过了 20000 m?/ 天，这一产量是相邻区块常规压裂产量的两倍，为非常规油气资源的大规模高效开发提供了新的技术路径。

针对准干法 CO?压裂开发了一种自交联、乳化基水基压裂液体系（ZJL-1），该体系满足减阻和载砂一体化，不需要交联剂进行交联。

研制一种采用两种增稠剂对 CO?进行增稠的准干法 CO?压裂液体系，详细叙述了准干法 CO?压裂技术的现场工艺流程。

准干法 CO?压裂液由于其充分发挥了水基压裂液和干法 CO?压裂液的优势，与纯干法相比，滤失大幅度降低，准干法造缝能力大幅度提升，能将支撑剂输送到裂缝的远端；与常规压裂相比，降低了水敏和水锁及粘土膨胀等伤害，由于二氧化碳的扩散性比水优秀，因此可以压裂得到复杂的缝网。

准干型 CO?压裂并具有显著的产气能力，回收了 60-90% 的水。新工艺大大简化了操作，降低了液体 CO?压裂的成本。在非常规油气藏和液态 CO?提高采收率方面有着广泛的应用前景。

目前准干法 CO?压裂技术与常规压裂施工工艺无缝连接，不需要额外的设备，具备大范围推广的前景，将能较好的解决缺水地区和水敏地层面临的压裂施工难题。但目前常用的准干法 CO?压裂液增稠剂一般选用聚合物类增稠剂，增稠水和增稠二氧化碳需要用两种不同的聚合物，聚合物类增稠剂的破胶尤其在低温条件下一直都是难题，破胶不彻底对地层会造成严重伤害。因此亟待研发准干法 CO?表活剂型压裂液体系，增稠性能好，携砂能力强，配液简单，对地层无伤害。