上海高研院二氧化碳壓裂和水力壓裂頁巖實驗取得進展

　　 近日，中國科學院上海高等研究院低碳轉化科學與工程重點實驗室在多尺度二氧化碳壓裂驅采非常規油氣資源機制研究方面取得進展。相關結果于5月30日在線發表在《焦耳》 (Joule 2019, doi: 10.1016/j.joule.2019.05.004)。

上海高研院二氧化碳壓裂研究取得進展

　　 水力壓裂技術是北美頁巖氣取得巨大成功的關鍵技術之一，但該技術水耗巨大，環境足跡顯著。我國頁巖氣多分布在缺水干旱地區，環境脆弱，對無水壓裂技術的需求較為顯著。在眾多無水壓裂技術中，二氧化碳壓裂尤受關注，極具應用前景。該技術在節約用水、降低破裂壓力、避免儲層傷害、增加油氣采收率的同時，進行部分二氧化碳的地質封存，實現非常規油氣資源的綠色、低碳開發。但是，二氧化碳獨特的物理化學性能對壓裂行為的影響缺乏深度認識，這是影響技術推廣應用的重要障礙之一。

　　研究員魏偉和副研究員孫楠楠團隊在近五年的時間里研制了深部條件模擬-泵注壓裂-原位聲發射信號采集一體化的高溫高壓壓裂實驗平臺，并聯合中科院武漢巖土力學研究所、中科院地質與地球物理研究所、中國石油大學（北京）等團隊，開展了一系列二氧化碳壓裂和水力壓裂頁巖實驗。利用壓裂過程中產生的聲發射數據重現壓裂液注入引起的裂縫演化過程，并通過聲發射事件的矩張量理論分析，實現了評價壓裂機制的量化分析。結果發現，二氧化碳壓裂過程中，裂縫形成的機制明顯有別于水力壓裂，其低粘度和高擴散性特征促使儲層發生以剪切型破壞為主的裂縫擴展并不斷累積，從而降低破裂壓力，并形成復雜縫網。通過壓裂后的破裂面數字化重構，發現二氧化碳壓裂的破裂面面積是水力壓裂的近兩倍，說明二氧化碳能夠有效溝通更多的天然裂縫，從而增大有效改造體積。合作團隊的現場實驗結果表明，二氧化碳壓裂后的產量是改造前的4-20倍。此項研究覆蓋了從微觀機制到宏觀應用的多尺度研究范圍，獲得了具有價值的實驗結果，對二氧化碳壓裂和強化驅采非常規油氣過程的設計有顯著的實用意義。

　　該研究工作得到中科院戰略性先導科技專項、中科院裝備研制項目、國家自然科學基金委、上海高研院交叉學科青年創新基金等的資助。