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9月15日，中國最大規模二氧化碳無水蓄能壓裂裝置在吉林油田成功完成試車。本次作業由吉林油田與山東煙臺杰瑞集團聯合研發進行。該裝置在40~65MPa施工壓力下，共加液290m3、支撐劑10.5m3，瞬時流量達到3.9m3/min，砂比4.8%。這是我國第一次應用自主研發的大容量密閉混砂車和液態二氧化碳壓裂液體系進行規模加砂壓裂技術試驗，同時也是截至目前國內加砂量最多的一次二氧化碳無水蓄能壓裂作業。
無水壓裂裝置國內最大
主導本次壓裂施工的吉林油田相關負責人表示，此次作業井為吉林油田黑+79-31-45井，作業核心設備為1臺杰瑞立式二氧化碳混砂罐車、1臺風送輸砂橇、8臺杰瑞2000型壓裂車以及1臺杰瑞儀表車。此外，現場還有20余輛二氧化碳罐車，以保證600m3液態二氧化碳的及時供應。
據了解，黑+79-31-45井位于松遼盆地南部中央坳陷區黑163區塊，屬于枯竭式開采高凝油井。這一區塊油層原油黏度高、凝固點高，常溫下不易流動。由于二氧化碳對原油具有較好的溶脹性和降黏作用，作業方決定對這口井采用液態二氧化碳壓裂液體系進行壓裂，以達到枯竭式開采能量補充、提高單井產量的目的。
“為了保障正式作業的順利實施，我們與杰瑞集團在正式作業前，先后進行了兩次小型的二氧化碳無水蓄能壓裂實驗，共用液150m3，確保了加砂、冷罐、系統加壓、循環冷卻、加增稠劑、管線連接、壓裂泵送、數據采集等流程的正常進行。”上述技術負責人透露，“數據證明，我們的施工設計是合理的，混砂車連續長時間作業的穩定性也可勝任大型無水蓄能壓裂作業。”
據了解，目前該井關井壓力為5MPa，計劃待井口壓力擴散完畢后投產。該項工藝的先導性試驗成功，有力證明了液態二氧化碳大規模壓裂的可行性，充分展現了良好的應用前景，為吉林油田致密油氣藏蓄能壓裂開發、敏感性油氣藏無傷害壓裂開發及稠油油藏降粘壓裂開發奠定了堅實基礎。
自主研發超越北美
此次作業主要的設備提供方杰瑞集團相關負責人表示，經過本次作業，作業方進一步規范了二氧化碳無水蓄能壓裂全程密閉施工流程和液添加入、絞龍輸砂工藝流程；驗證了低壓供液流程、增壓供液流程和高壓供液流程的匹配關系；明確了不同施工排量下的沿程摩阻和液態二氧化碳攜砂性能；掌握了液態二氧化碳在低壓管線快速失壓時的干冰凍堵和解堵規律，為主壓裂施工提供了合理依據。
同時，與北美傳統的二氧化碳無水蓄能壓裂相比，杰瑞設備在連續性、可視化、安全性等方面都有較大程度的優化提升。
“北美二氧化碳混砂罐通常采用臥式罐體設計，而杰瑞的立式二氧化碳混砂罐有效容積更大，可達25m3，預冷過程中汽化量更小；支撐劑輸送器采用了雙螺旋的形式，可互為備用，以滿足大規模壓裂持續加砂的需求。”上述杰瑞負責人解釋道，“此外，現場壓力、溫度、流量、有害氣體濃度等數據的可視化、自動化控制，確保了這種特殊壓裂作業的最大施工安全。”
四項預案確保安全
現場安全負責人告訴記者，這口井井控危害級別為Ⅱ級，存在噪聲傷害、窒息與凍傷，易砂堵、超壓刺漏等風險因素，因此在施工方案中明確制定了二氧化碳泄漏、地面流程中有氣相存在、井內出現二氧化碳氣頂、注入壓力升高等四套應急預案。現場施工人員穿戴防凍傷工服、手套、防噪耳塞，并配備若干套防毒面具、正壓式呼吸機10套、消防車2臺、救護車2臺、備用急救藥品和器具，確保施工的順利進行。同時，杰瑞專門配置一套包含壓力溫度監控、氣體濃度監測和遠紅外視頻監控的安全系統，確保作業壓力、溫度、濃度、大泵運轉的完全可控。
“視頻監控系統主要由遠紅外攝像頭、便攜式360°旋轉云臺、視頻網絡通訊、視頻監控硬盤刻錄機等組成。其中配置1~2臺遠紅外溫度監測攝像頭，用于監測柱塞泵液力端的密封狀態。”上述杰瑞集團負責人介紹道。
據了解，二氧化碳無水蓄能壓裂技術源于北美，是一種采用液態二氧化碳作為壓裂液來代替水的技術，主要針對煤層氣、水敏性儲層、含原油較稠儲層、低壓儲層的油氣開發而設計。與常規的水力壓裂相比，二氧化碳無水蓄能壓裂增產效果顯著，是水力壓裂效果的5到6倍，氮氣泡沫壓裂的4倍，氮氣壓裂的2倍，且幾乎無需添加劑，成本相對較低。
創新碳埋藏新思路
此外，二氧化碳無水蓄能壓裂還為二氧化碳的永久埋藏提供了新思路。作業使用的二氧化碳資源則可通過煤化工、鋼鐵、水泥、火電等高排放行業的碳回收實現，不僅可保護大氣環境，更可以為壓裂作業提供源源不斷的二氧化碳資源。
而且，在自然環境下，20%～85%的甲烷氣都以吸附狀態存在，即使通過粉碎機也無法將其分離，但二氧化碳卻可憑借自身超強的吸附力，置換出吸附于母巖的甲烷氣，從而提高天然氣或煤層氣的產量，并實現部分二氧化碳的永久埋存。同時，借助自身的增能作用，在壓力釋放后，液態二氧化碳可快速汽化膨脹，在1~4小時內迅速實現徹底的洗井排液，方便作業方及時評價儲層產能。
“水資源匱乏正在給國內常規油氣增產和非常規油氣開發帶來愈發沉重的成本壓力，甚至在一些地區已引起了當地居民的不滿，”一位資深行業專家分析道，”在這一大背景下，二氧化碳干法壓裂、LPG壓裂、液氮泡沫壓裂等無水壓裂技術將迎來非常實際的發展機會。”
無水壓裂裝置國內最大
主導本次壓裂施工的吉林油田相關負責人表示，此次作業井為吉林油田黑+79-31-45井，作業核心設備為1臺杰瑞立式二氧化碳混砂罐車、1臺風送輸砂橇、8臺杰瑞2000型壓裂車以及1臺杰瑞儀表車。此外，現場還有20余輛二氧化碳罐車，以保證600m3液態二氧化碳的及時供應。
據了解，黑+79-31-45井位于松遼盆地南部中央坳陷區黑163區塊，屬于枯竭式開采高凝油井。這一區塊油層原油黏度高、凝固點高，常溫下不易流動。由于二氧化碳對原油具有較好的溶脹性和降黏作用，作業方決定對這口井采用液態二氧化碳壓裂液體系進行壓裂，以達到枯竭式開采能量補充、提高單井產量的目的。
“為了保障正式作業的順利實施，我們與杰瑞集團在正式作業前，先后進行了兩次小型的二氧化碳無水蓄能壓裂實驗，共用液150m3，確保了加砂、冷罐、系統加壓、循環冷卻、加增稠劑、管線連接、壓裂泵送、數據采集等流程的正常進行。”上述技術負責人透露，“數據證明，我們的施工設計是合理的，混砂車連續長時間作業的穩定性也可勝任大型無水蓄能壓裂作業。”
據了解，目前該井關井壓力為5MPa，計劃待井口壓力擴散完畢后投產。該項工藝的先導性試驗成功，有力證明了液態二氧化碳大規模壓裂的可行性，充分展現了良好的應用前景，為吉林油田致密油氣藏蓄能壓裂開發、敏感性油氣藏無傷害壓裂開發及稠油油藏降粘壓裂開發奠定了堅實基礎。
自主研發超越北美
此次作業主要的設備提供方杰瑞集團相關負責人表示，經過本次作業，作業方進一步規范了二氧化碳無水蓄能壓裂全程密閉施工流程和液添加入、絞龍輸砂工藝流程；驗證了低壓供液流程、增壓供液流程和高壓供液流程的匹配關系；明確了不同施工排量下的沿程摩阻和液態二氧化碳攜砂性能；掌握了液態二氧化碳在低壓管線快速失壓時的干冰凍堵和解堵規律，為主壓裂施工提供了合理依據。
同時，與北美傳統的二氧化碳無水蓄能壓裂相比，杰瑞設備在連續性、可視化、安全性等方面都有較大程度的優化提升。
“北美二氧化碳混砂罐通常采用臥式罐體設計，而杰瑞的立式二氧化碳混砂罐有效容積更大，可達25m3，預冷過程中汽化量更小；支撐劑輸送器采用了雙螺旋的形式，可互為備用，以滿足大規模壓裂持續加砂的需求。”上述杰瑞負責人解釋道，“此外，現場壓力、溫度、流量、有害氣體濃度等數據的可視化、自動化控制，確保了這種特殊壓裂作業的最大施工安全。”
四項預案確保安全
現場安全負責人告訴記者，這口井井控危害級別為Ⅱ級，存在噪聲傷害、窒息與凍傷，易砂堵、超壓刺漏等風險因素，因此在施工方案中明確制定了二氧化碳泄漏、地面流程中有氣相存在、井內出現二氧化碳氣頂、注入壓力升高等四套應急預案。現場施工人員穿戴防凍傷工服、手套、防噪耳塞，并配備若干套防毒面具、正壓式呼吸機10套、消防車2臺、救護車2臺、備用急救藥品和器具，確保施工的順利進行。同時，杰瑞專門配置一套包含壓力溫度監控、氣體濃度監測和遠紅外視頻監控的安全系統，確保作業壓力、溫度、濃度、大泵運轉的完全可控。
“視頻監控系統主要由遠紅外攝像頭、便攜式360°旋轉云臺、視頻網絡通訊、視頻監控硬盤刻錄機等組成。其中配置1~2臺遠紅外溫度監測攝像頭，用于監測柱塞泵液力端的密封狀態。”上述杰瑞集團負責人介紹道。
據了解，二氧化碳無水蓄能壓裂技術源于北美，是一種采用液態二氧化碳作為壓裂液來代替水的技術，主要針對煤層氣、水敏性儲層、含原油較稠儲層、低壓儲層的油氣開發而設計。與常規的水力壓裂相比，二氧化碳無水蓄能壓裂增產效果顯著，是水力壓裂效果的5到6倍，氮氣泡沫壓裂的4倍，氮氣壓裂的2倍，且幾乎無需添加劑，成本相對較低。
創新碳埋藏新思路
此外，二氧化碳無水蓄能壓裂還為二氧化碳的永久埋藏提供了新思路。作業使用的二氧化碳資源則可通過煤化工、鋼鐵、水泥、火電等高排放行業的碳回收實現，不僅可保護大氣環境，更可以為壓裂作業提供源源不斷的二氧化碳資源。
而且，在自然環境下，20%～85%的甲烷氣都以吸附狀態存在，即使通過粉碎機也無法將其分離，但二氧化碳卻可憑借自身超強的吸附力，置換出吸附于母巖的甲烷氣，從而提高天然氣或煤層氣的產量，并實現部分二氧化碳的永久埋存。同時，借助自身的增能作用，在壓力釋放后，液態二氧化碳可快速汽化膨脹，在1~4小時內迅速實現徹底的洗井排液，方便作業方及時評價儲層產能。
“水資源匱乏正在給國內常規油氣增產和非常規油氣開發帶來愈發沉重的成本壓力，甚至在一些地區已引起了當地居民的不滿，”一位資深行業專家分析道，”在這一大背景下，二氧化碳干法壓裂、LPG壓裂、液氮泡沫壓裂等無水壓裂技術將迎來非常實際的發展機會。”
