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“超临界CO2”非常规油气开采的新思路

中国页岩气网讯：近年来，非常规油气开发备受关注。国民经济和社会发展“十二五”规划明确要求，“推动页岩气等非常规油气资源开发利用”，页岩气开发的科技攻关在《页岩气发展规划(2011—2015年)》中被提到重要位置。

中国工程院院士、中国石油大学(北京)教授沈忠厚及其团队在前不久举行的“2012中国国际石油产业高峰论坛”上，发表了关于利用超临界CO2开发非常规油气藏可行性报告，这为非常规油气开发，特别是页岩气的开发提供了新的思路。

“超临界CO2”可较大幅提高钻井速度

在2003年中石油“12·23”井喷事故处理过程中，沈忠厚任事故处理专家组组长，当时他就发现井下的硫化氢喷发速度极快，这使他感到不解。经过研究后发现，硫化氢在井下高温高压状态下，处于超临界状态，其性质相当特殊。在查阅文献后，沈忠厚发现美国在2000年对超临界CO2破岩已有研究。经过研究总结出，超临界CO2流体，不同于气体、固体和液体，其具有独特的物理和化学性质，扩散系数比液体大，有良好的传质性能，表面张力接近于零度，可以进入到任何大于超临界CO2分子的空间。在临界温度以下，不断压缩CO2气体便会有液相出现，而压缩超临界CO2仅仅导致其密度的增加，不会形成液相。

随后，沈忠厚团队进行了进一步拓展，对超临界CO2流体在非常规气藏钻井、压裂、开采等环节的应用，开展研究并进行了大量的理论分析和实验。

沈忠厚介绍，利用超临界CO2流体，一是更易于破碎坚硬及难钻的页岩，可较大幅提高钻井速度。利用水力辅助机械联合破岩方式对曼柯斯页岩进行实验，结果表明利用超临界CO2是用水钻进速度的3.3倍;二是在低渗及特低渗油气层开发中，可以有效保护油气层;三是易钻各种复杂结构井，提高单井产量。另外，还可有效提高油气采收率。

目前，沈忠厚团队研究的利用超临界CO2流体进行压裂的技术已被列为国家自然基金重点项目，但这一技术目前并未完全公开。

低渗透和非常规油气

是“未来之星”

沈忠厚表示，我国低渗透油气储量占剩余储量的50%左右，新增探明储量中70%~80%为低渗透油气藏，低渗油气藏将成为我国油气增长的主力。另外，我国页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气资源非常丰富。所以，非常规油气资源也将成为我国新的油气增长点。也就是说，低渗透和非常规油气资源将成为我国未来油气开发的重点。

但我国开发非常规及低渗油气仍面临着艰巨的任务。沈忠厚表示，首先，由于岩石坚硬等原因，非常规及低渗透气藏的钻井难度很大，需要花费大量的资金和时间。在开发中80%的资金要花在钻井上。其次，由于油层储层孔隙度极低，仅有5%左右，所以极容易受到伤害，而且不可逆转。另外，这样的气藏不但丰度、单井产量和采收率很低，开采周期也很长。就算是美国，非常规气田的采收率到底是多少也没有量化概念。

沈忠厚的学生、中国石油大学(北京)博士后王海柱表示:“目前，油藏中有利用CO2驱油，提高采收率的三次采油技术，也有利用纯液态CO2对油藏进行压裂改造的技术。但生产实践中，还没有利用超临界CO2技术进行压裂的。”王海柱介绍说，关于超临界CO2研究的国际文献，2005年之后就查不到了。”但是，没有文献考证，并不代表这一技术就此搁置。

美国贝克休斯公司北亚区销售总经理胡泊曾说:“在生产实践中，国际上多用泥浆作为介质钻井，泥浆的成本是比较高的。也有利用相对便宜的氮气和空气，但是这对地层和技术要求很高，一旦遇到水层又要全部换回来。压裂的介质一般采用水资源。美国水资源非常丰富，而且在所有介质中最便宜。但是这不适用于中国，尤其是中国页岩气将来要在西北地区开发，水资源就更加宝贵了。因此我们现在在研发其他的介质，CO2是其中的一个。”

技术　环保“双优先”

从技术层面上讲，利用超临界CO2开采页岩气，具有相当诱人的优势:一是，超临界CO2破岩门限压力低、破岩速度快，对于典型的难钻页岩层来说，能够大大缩短建井周期，降低钻井费用;二是，超临界CO2流体既不含固相也不含水，对储层无任何损害和污染，非常适合于黏土含量较高的页岩气藏开发;三是，超临界CO2流体黏度低、表面张力为零、易流动，容易进入毛细孔隙中，驱替及置换甲烷，同时超临界CO2容易钻水平井、超短半径水平井等复杂结构井，可大大提高单井产量和采收率;四是，超临界CO2开发页岩气是集钻井、完井、增产、采气及CO2埋存为一体的系统配套技术;五是，利用超临界CO2流体进行压裂，可防止储层伤害，提高采收率，降低成本。

从环保理念上讲，利用超临界CO2流体作为介质，从某种程度上可替代大量的水资源，适于我国国情。另外也可有效利用CO2，降低温室气体排放量。

然而，当谈到阻碍超临界CO2技术应用的最大问题时，王海柱坦言，配套设备的完善是关键。王海柱表示:就设备防腐以及如何控制CO2保持超临界状态的问题，现有技术是可以达到的。但是超临界CO2具有很强的穿透力，如何防止其对橡胶的腐蚀，目前还在研究阶段。

不过，对于超临界CO2开采页岩气这一技术，沈忠厚很有信心:“我们团队经过4到5年的初步探索和一系列试验之后，觉得这很有可能是一条可走的捷径，而且近期内就可能转化为生产力。”

来源：中国国土资源报网

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