开采页岩气的压裂新技术.doc

与大家共享：开采页岩气的压裂新技术潘存焕（2012年8月）常规的页岩气开采技术主要是水力压裂技术。所谓的水力压裂就是通过将压裂液压入油井中，将岩层压裂，产生高导流能力的裂缝通道，再注入支撑剂（主要是石英砂）撑住裂缝，进而提高油气采收率的一种石油开采工艺。在页岩气开采所使用的压裂液中，98%都是水，剩下2%的成分是化学添加剂。在压裂结束后，约有30%-70%的压裂液会被抽回地面，称之为“返排水”。这些返排水通常会有四种处理方式：循环利用、处理后排放到河流中、注入地下水以及储存在露天的蓄水池中。一些环境保护主义者认为水力压裂会造成压裂液中的化学物质和页岩气（主要是甲烷）混入地下水 中，返排液处置不当也会污染地表水 。因此，随着人们对水资源和环境问题的重视，国外各公司都加大了水力压裂替代技术的投入。2011年11月第一届世界页岩气大会将创新奖颁给了加拿大Gas Frac公司，以奖励他们在无水压裂技术上的突破性贡献LPG（液化石油气）压裂。LPG压裂在地下的表现完全与水力压裂不同。LPG在压裂过程中会因为压力和高温而气化，因此会与天然气一起被重新抽回地面，进行分离并最终做到重复利用。 这种压裂手段相比于传统的水力压裂技术来说基本不需要水，也无需投入成本处理废水，极大地缓解了对环境和水资源的压力。但这项技术的推广现在还存在难度，首先是LPG比水的成本要高，而且美国工业界已经建立了较为完善的水力压裂作业体系，生产商缺乏技术替换的动力。其次是该技术尚不成熟，其安全性还有待检验。2011年1月，在加拿大阿尔伯塔省一个采用LPG压裂技术的开采现场发生了一起火灾，三名工人被烧伤。Gas Frac公司表示未被检测到的LPG泄漏是该起事故的罪魁祸首。现在，该公司正不断改进技术并完善安全标准，同时也希望到那些对环境和水资源要求高的页岩气产地进行作业。一些对水力压裂持反对态度的地方，比如美国纽约州，也将本地区页岩气资源开发的希望寄托在了LPG压裂等无水压裂技术的进步上。中国石油大学沈忠厚院士凭借他的智慧与多年积累的创新经验，开创性地提出了超临界CO2系统开发非常规油气技术，特别是利用CO2在超临界状态的独特物理化学性质系统开发页岩气和非常规油气资源。超临界CO2喷射钻井不仅能够在页岩层中获得较高的机械钻速，同时不会使页岩层产生粘土膨胀、水锁等效应；利用超临界CO2流体进行储层压裂改造，能使储层产生更多微小裂缝，有助于页岩气生产；最重要的是，CO2与页岩的吸附强度高于CH4，因此CO2能够置换吸附在页岩上的CH4，在提高产量和生产速率的同时，实现CO2永久埋存，更加契合了当前环保的主题。超临界CO2开发页岩气无论从技术或是经济上去审视，均具有极大优势，该项课题的研发和实践，将具有重大的意义。沈忠厚院士指出，低渗和非常规油气资源将成为我国未来油气开发的重点，但其开发面临三大问题：一是钻井速度慢，建井周期长，投资成本高；二是孔隙度和渗透率极低，储层极易受污染；三是丰度低，单井产量和采收率低，开采周期较长。“由于超临界CO2的密度、黏度、扩散性等特殊性质，其在开发低渗和页岩气等非常规油气上具有巨大优势。”主要体现在以下四方面：一是易于破碎坚硬及难钻岩层，可较大幅度提高钻井速度；二是钻穿低渗页岩储层，可有效保护气藏；三是易钻各种复杂结构井，可有效提高气井单井产量；四是可有效提高油气采收率。这项技术对我国来说非常重要，超临界二氧化碳压裂能够降低油气增产对水资源的需求，同时还能将二氧化碳注入储层，实现温室气体减排。目前，沈忠厚院士正率领着一个课题组进行这项技术研究。石油工业界早已采用CO2气体驱油技术来提高采收率。而将CO2加温加压至临界点以上时，称其为超临界CO2流体。超临界CO2流体既不同于气体，也不同于液体，但有着比水力压裂更高的效率。比如在储层原有的微裂缝中，高黏压裂液无法进入，超临界CO2流体却可以随意流动，使得储层产生更多的微裂缝。由于裂缝的多少直接决定了产量的大小，所以超临界CO2压裂技术的应用可以提高单井产量和采收率。更为重要的是，超临界CO2压裂是一种清洁的压裂技术，其在压裂过程中不需要水的介入，也无需添加其他化学物质，对储层没有污染，也无需处理返排液，压裂完毕后可直接投产。 现在，纯液态CO2压裂已经在长庆油田有了成功的案例，超临界CO2压裂正是在这个基础上所做的创新。但根据课题组成员王海柱博士向第一财经日报记者的介绍，超临界CO2压裂技术目前还在实验室阶段，还有一些技术难点有待克服，这种技术进入现场应用尚需一定时间。首先，超临界二氧化碳易流动，在压裂过程中滤失快，需要较大排量才能压开储层。其次，黏度低，携带支撑剂困难。从目前的情况来看，二氧化碳运输成本