页岩油开发中CO2与复合压裂液体系协同作用机制研究

引言

全球能源转型背景下，页岩油作为重要接替资源备受关注。传统开发方式存在水资源消耗大、储层伤害严重等问题。 CO₂ 压裂技术既能提高采收率又能实现碳减排，但其作用机制尚不明确。复合压裂液体系的引入为解决这一难题提供了可能。深入探究二者的协同作用机理，不仅有助于优化压裂工艺设计，还能为页岩油绿色开发提供新路径。相关研究将推动非常规油气开发技术的创新发展。

1 页岩油开发中 CO 与复合压裂液体系协同作用机制

在页岩油开发过程中，CO2 与复合压 采收率的关键研究方向。CO2 不仅能够降低原油黏度，增强流动性， 扩展。复合压裂液体系通常由减阻剂、增粘剂和支撑剂等组 研究表明，CO2 在超临界状态下具有更强的扩散能力和携砂性 O2 的注入可减少水基压裂液的使用量，降低储层伤害和环境负 CO₂ 材料协同作用可形成稳定的微乳液，改善原油的渗流特性。这种协同机制不 油开发的低碳化提供了新思路。

2 页岩油资源开发现状

全球页岩油资源储量丰富，但开发仍面临诸多技术挑战。北美地区通过水平钻井和水力压裂技术的结合，已实现页岩油的大规模商业化开发。然而，传统压裂技术存在水资源消耗大、储层伤害严重等问题，限制了其在干旱地区和环保要求严格区域的应用。近年来，CO2 压裂、超临界流体压裂等新型技术逐渐受到关注，旨在提高采收率的同时降低环境影响。中国页岩油资源主要分布于鄂尔多斯盆地、松辽盆地等地，但由于储层条件复杂，开发难度较大。现有技术仍以水力压裂为主，但效率和经济性有待提升。国际能源机构预测，未来页岩油将在全球能源结构中占据更重要的地位，但需通过技术创新解决开发成本高、环境风险大等瓶颈问题。因此，探索高效、低碳的页岩油开发技术已成为行业发展的必然趋势。

3 现场应用

3.1 CO2 复合压裂液在页岩油井的增产效果分析

CO2 复合压裂液在页岩油开发中的现场应用已经展现出显著的增产效果，与传统水基压裂液相比，该技术通过CO2 的特殊物理化学性质，有效改善了原油流动性并扩大了储层改造范围。在多个页岩油区块的现场试验中，采用CO2 复合压裂液的井组表现出更高的初始产量和更长的稳产周期。具体表现为， CO₂ 能够降低原油黏度，使其更易从微纳米孔隙中流出；同时，超临界 CO₂ 具有较强的扩散能力，可以进入传统压裂液难以触及的微小孔隙空间。现场监测数据显示，应用该技术的井组平均产量提升幅度显著，且递减率明显低于常规压裂井。

3.2 环境效益与碳减排的实际表现

CO2 复合压裂液技术的环境效益在现场应用中得到了充分验证，该技术通过减少水基压裂液用量，显著降低了水资源消耗和废水产生量。在实际作业中，CO2 作为主要压裂介质，其大部分可被回收再利用，仅有少量会滞留储层。这种特性不仅减少了环境污染风险，还实现了工业排放CO2 的资源化利用。现场监测表明，采用该技术的作业区域，地表水污染风险和土壤破坏程度都明显降低。更重要的是，部分注入的CO2 会永久封存在地层中，形成实质性的碳减排效果。与常规压裂技术相比，CO2 复合压裂的整个作业过程展现出更低的生态足迹。在环保法规日益严格的背景下，该技术为页岩油开发的可持续发展提供了可行的解决方案。未来随着碳捕集与封存技术的进步， CO₂ 复合压裂的环境效益还将进一步提升。

3.3 施工工艺的关键技术与操作要点

CO2 复合压裂液的现场应用需要掌握多项关键技术，CO2 的相态控制技术，需要根据储层温度和压力条件，精确调控CO2 的注入状态，确保其始终处于最佳工作相态。复合压裂液的配方优化，要根据不同储层特性，调整减阻剂、增粘剂等添加剂的配比，使其与 CO2 产生最佳协同效应。现场操作中，特别需要注意注入参数的实时监控，包括压力、排量和 CO2 浓度的精确控制。分段压裂技术的应用也至关重要，通过优化射孔位置和压裂规模，可以最大限度提高储层改造效果。此外，防窜技术的应用能够有效防止 CO₂ 在非目标层的流失，提高利用率。现场实践表明，这些关键技术的合理运用，直接关系到 CO₂ 复合压裂的成功率和经济效益。随着自动化控制技术的引入，施工工艺的精度和效率还将得到显著提升。

3.4 不同地质条件下的适应性研究

CO2 复合压裂液技术在不同地质条件下的表现存在明显差异，在脆性指数较高的页岩储层中，该技术能够形成复杂的裂缝网络，改造效果显著。但在黏土矿物含量较高的储层中，需要特别注意CO2 可能引起的地层软化问题。现场试验发现，储层温度是影响技术效果的关键因素，高温条件下 CO₂ 更容易达到超临界状态，从而发挥更好的增能效果。压力条件则直接影响 CO2 的注入能力和裂缝扩展形态。针对不同地质条件，需要制定差异化的技术方案。例如，在低渗透储层中，可适当提高CO2 注入压力；在高黏土含量储层中，则需要优化压裂液配方以减少对地层的伤害。通过大量的现场试验，已经总结出一套针对不同地质条件的参数优化方法，为技术的推广应用提供了重要参考。

3.5 技术经济性分析与未来优化方向

CO 复合压裂液技术的经济性在现场应用中得到了验证，虽然初期设备投入较高，但通过提高单井产量和降低后续处理成本，整体经济效益显著。现场数据显示，该技术的投资回收期合理，长期运营成本具有竞争优势。特别是在CO2 资源丰富的地区，利用工业副产品作为压裂介质，可以进一步降低成本。未来优化方向主要包括：提高 CO₂ 的回收利用率，开发更高效的复合压裂液配方，以及优化施工工艺降低作业成本。智能化技术的引入也将提升作业效率，如利用实时监测数据动态调整施工参数。随着规模化应用的推进和技术的不断成熟，CO₂ 复合压裂液技术的经济性有望得到进一步提升，为其在页岩油开发中的广泛应用奠定基础。

结束语

CO2 与复合压裂液体系的协同作用为页岩油开发开辟了新方向，研究表明，二者的结合可显著提高储层改造效果，同时降低环境风险。未来研究应关注智能压裂液开发和CO2 高效利用等方向。该技术的推广应用将促进页岩油产业向高效低碳转型，为保障能源安全和实现双碳目标作出贡献。相关成果对完善非常规油气开发理论体系具有重要价值。

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山东省重点研发计划（竞争性创新平台），项目编号：2024CXPT110；

项目名称：复合压裂液体系与 CO2 协同提高页岩油采收率技术研究及产业化