陳 晨， 朱 穎， 翟梁皓， 潘棟彬， 靳成才

(1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026； 2.自然資源部復(fù)雜條件鉆采技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130026)

0 引言

能源利用情況嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展，常規(guī)油氣資源已無法滿足人們對(duì)能源資源的需求。面對(duì)能源危機(jī)，低滲透、致密等非常規(guī)油氣資源由于其儲(chǔ)量豐富，分布廣泛[1]，已成為主要接替能源。油頁巖是一種富含可燃有機(jī)質(zhì)的高灰分有機(jī)礦物，“全球油頁巖資源評(píng)價(jià)”工作顯示，將我國(guó)1000 m內(nèi)的油頁巖礦藏折算成油頁巖油，其值約為476.44億t[2-3]。作為一種具有極低滲透性與傳熱系數(shù)的非常規(guī)油氣資源，油頁巖的原位開采要求利用壓裂技術(shù)人為制造便于油氣溝通的流通通道。

自1947年以來，水力壓裂技術(shù)廣泛應(yīng)用于油氣藏開采增產(chǎn)中，但由于破膠、返排的不徹底以及常規(guī)水基壓裂液中的大量添加劑，對(duì)地層傷害較大[4]。同時(shí)，美國(guó)、加拿大等地區(qū)經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水力壓裂施工存在誘發(fā)頻發(fā)地震的危害，我國(guó)近一年來的松原地區(qū)頻發(fā)地震現(xiàn)象亦存在受水力壓裂開采油氣資源影響的跡象。加拿大阿爾伯塔省地質(zhì)調(diào)查局和阿爾伯塔大學(xué)通過對(duì)自2013年以來該省Duvernay地區(qū)約300口油氣開發(fā)井與其引發(fā)的數(shù)百次地震的分析研究，發(fā)現(xiàn)了水力壓裂法與誘發(fā)地震間的聯(lián)系。目前，在紐約、美國(guó)多州等地區(qū)禁止了該技術(shù)的使用。

基于減少地層損害、降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的目的，二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)、LPG壓裂技術(shù)等無水壓裂技術(shù)逐步成為研究焦點(diǎn)。其中，一種利用超臨界流體特殊性質(zhì)的壓裂技術(shù)——超臨界二氧化碳(SC-CO2)壓裂技術(shù)，逐漸成為了二氧化碳干法壓裂技術(shù)的主要發(fā)展趨向[4]。超臨界二氧化碳無水相，泵入地層不會(huì)產(chǎn)生水鎖效應(yīng)等地層傷害現(xiàn)象。返排時(shí)只需改變其溫度、壓力狀態(tài)，使其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，即可快速且無殘留地返排回地面[4-7]。因此，該壓裂技術(shù)對(duì)于減少壓裂施工對(duì)儲(chǔ)層的傷害、節(jié)約水資源、降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)均具有較好發(fā)展前景，利于油頁巖這種儲(chǔ)量巨大的低滲礦藏的開發(fā)。

1 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)

1.1 概念

超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)是一種以超臨界態(tài)二氧化碳作為壓裂液的無水壓裂技術(shù)。當(dāng)二氧化碳溫度達(dá)到31.06 ℃，壓強(qiáng)達(dá)到7.39 MPa，將轉(zhuǎn)化為超臨界流體[4]。在達(dá)到臨界點(diǎn)后，流體被壓縮亦只表現(xiàn)出密度的變化，不會(huì)產(chǎn)生相態(tài)變化，如圖1所示[8-9]。超臨界二氧化碳在粘度、密度及擴(kuò)散系數(shù)上具有超臨界流體共有的特殊性質(zhì)，如表1所示[8]。對(duì)于絕大多數(shù)壓裂施工而言，施工條件天然滿足SC-CO2的溫度要求，但其低粘的特性，要求施工中進(jìn)行大排量壓裂。

圖1 二氧化碳相圖

流體類型密度/(g·cm-3)粘度/(mPa·s)擴(kuò)散系數(shù)/(cm2·s-1)常溫常壓氣體(0.6～2)×10-3(1～3)×10-20.1～0.4超臨界流體 0.2～0.9(1～9)×10-2(2～7)×10-4常溫常壓液體0.6～1.60.2～3(0.2～3)×10-5

1.2 技術(shù)特點(diǎn)分析

與水力壓裂技術(shù)相比，SC-CO2壓裂技術(shù)在降低地層傷害、提高縫網(wǎng)復(fù)雜度、置換吸附態(tài)可燃?xì)怏w等方面具有顯著的優(yōu)越性，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)[5,7,10-13]：(1)化學(xué)穩(wěn)定性高，不易燃易爆，無腐蝕性；(2)達(dá)超臨界態(tài)的臨界溫度與臨界壓力在一般性的非常規(guī)油氣藏開采中較易達(dá)成，具有一定的可行性；(3)具有高密度、低粘度、高擴(kuò)散系數(shù)和低表面張力，一方面壓裂液更易于溝通微裂縫、形成大量復(fù)雜微裂縫網(wǎng)絡(luò)，另一方面有利于流體流動(dòng)、降低了壓裂液流動(dòng)過程中的壓力損失；(4)具有無水相型壓裂液的共同優(yōu)勢(shì)，避免了由于粘土礦物遇水膨脹所導(dǎo)致的水鎖效應(yīng)等危害，避免了儲(chǔ)層受損；(5)壓裂后可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)并隨油氣開采排出，返排迅速而徹底，對(duì)地層傷害低；(6)破巖門限壓力遠(yuǎn)小于水，降低了壓裂難度；(7)溶解能力強(qiáng)，有效緩解近井地帶的油層堵塞現(xiàn)象，增強(qiáng)油氣通道的滲流能力；(8)特別的，CO2的置換作用有利于提高甲烷等氣體的開采量，并達(dá)到CO2地質(zhì)封存的目的，永久性封存CO2。

同時(shí)，SC-CO2壓裂中也存在一定的缺陷[10-15]。

(1)粘度低，不利于支撐劑的攜帶且其高濾失性要求大排量泵入壓裂液。

(2)穿透性強(qiáng)，對(duì)壓裂設(shè)備的密封性和防穿刺性能要求高，需要研制新型設(shè)備。

(3)在井筒內(nèi)的流動(dòng)過程中，二氧化碳達(dá)到超臨界態(tài)，一方面，流動(dòng)過程中所產(chǎn)生相態(tài)變化要求加強(qiáng)控制； 另一方面，在淺井施工中需安裝地面加熱設(shè)備，滿足井筒內(nèi)形成超臨界態(tài)的溫度要求。

(4)存儲(chǔ)與運(yùn)輸成本高。

2 國(guó)內(nèi)外超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)研究現(xiàn)狀

近年來，有關(guān)超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)的相關(guān)研究有跳躍式增加的趨勢(shì)，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究主要可分為3大方向：(1)SC-CO2壓裂巖樣所形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)及其形成規(guī)律性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究；(2)SC-CO2流體性質(zhì)對(duì)巖樣本身物理力學(xué)性質(zhì)影響的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究；(3)壓裂液添加劑以其壓裂效果的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。除此之外，存在大量的有關(guān)SC-CO2流動(dòng)、攜砂流動(dòng)以及溫度場(chǎng)等數(shù)學(xué)模型的相關(guān)研究。

2.1 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)裂縫規(guī)律性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究

2010年，Verton等[16]利用二氧化碳和水基壓裂液同時(shí)進(jìn)行壓裂實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)二氧化碳?jí)毫涯苓_(dá)到與水力壓裂相同的效果。2012年，Ishida等[17]進(jìn)行了超臨界二氧化碳?jí)毫押鸵簯B(tài)二氧化碳?jí)毫褜?shí)驗(yàn)，并與水力壓裂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳與液態(tài)二氧化碳所需的破巖壓力均低于水力壓裂。2015年，Middleton等[18]提出了利用超臨界二氧化碳進(jìn)行無水壓裂的方法，研究發(fā)現(xiàn)SC-CO2壓裂技術(shù)有效加強(qiáng)了壓裂效果和裂縫延伸情況，不僅降低了流體產(chǎn)生的阻斷機(jī)制，而且提高了部分頁巖中部分甲烷氣體的解吸現(xiàn)象。2016年，Zhang X等[19]設(shè)計(jì)并實(shí)施了超臨界二氧化碳?jí)毫褜?shí)驗(yàn)，利用聲發(fā)射技術(shù)與CT掃描技術(shù)研究了頁巖中裂縫起裂及擴(kuò)展規(guī)律。2018年，Zhao Z等[20]針對(duì)不同地應(yīng)力差對(duì)超臨界二氧化碳?jí)毫训钠屏褖毫?、主裂縫形態(tài)、次裂縫等裂縫要素的影響，判定這些裂縫的曲折度與表面狀況。

對(duì)比這些文獻(xiàn)中記錄的水力壓裂與SC-CO2壓裂對(duì)比試驗(yàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)：壓裂液的變化會(huì)直接影響到起裂壓力，但是對(duì)于不同的巖樣，所產(chǎn)生的變化幅度不同。在Zhang X等[19]的頁巖壓裂實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：SC-CO2壓裂的起裂壓力比水力壓裂低50%左右，比純液態(tài)二氧化碳?jí)毫训?5%左右。在趙志恒等[13]的花崗巖壓裂實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：壓裂液從水變?yōu)镾C-CO2，凝灰?guī)r壓裂實(shí)驗(yàn)中起裂壓力值從10.51 MPa變成了10.04 MPa，下降幅度約為4.5%；花崗巖壓裂實(shí)驗(yàn)中起裂壓力值從11.84 MPa變成了9.56 MPa，下降幅度約為19.6%。從中，我們可以發(fā)現(xiàn)壓裂液從水變?yōu)镾C-CO2使巖石起裂壓力降低，但是變化幅度則與巖石本身性質(zhì)相關(guān)，SC-CO2與巖石之間發(fā)生的物理化學(xué)作用同樣會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

2.2 超臨界二氧化碳影響巖石巖性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究

1996年，Shiraki[21]研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳會(huì)輕微溶解砂巖中鐵白云石/白云巖和硅酸鋁礦物。2005年，Kaszuba等[22]對(duì)二氧化碳會(huì)輕微溶解砂巖中鐵白云石/白云巖和硅酸鋁礦物這種溶解現(xiàn)象所帶來的孔隙度與滲透率變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。2008年，Busch等[23]研究發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳會(huì)溶解頁巖中的碳酸鹽礦物，從而改變其孔隙度、滲透率和擴(kuò)散特性。2013年，Lahann等[24]測(cè)量了頁巖注入超臨界二氧化碳后的孔隙變化。2016年，陳鈺婷[25]設(shè)計(jì)了超臨界二氧化碳浸泡頁巖實(shí)驗(yàn)，測(cè)得力學(xué)性質(zhì)、聲發(fā)射特征的變化，結(jié)合XRD、SEM測(cè)試所得的實(shí)驗(yàn)前后巖石礦物組成與微觀結(jié)構(gòu)，分析了超臨界二氧化碳對(duì)頁巖力學(xué)性質(zhì)的作用機(jī)制。2017年，Ao X等[26]設(shè)計(jì)4組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，研究超臨界二氧化碳流體對(duì)頁巖各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在頁巖比面積與礦物含量均降低的同時(shí)孔隙率提高，且各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)均下降，呈現(xiàn)出明顯的強(qiáng)度性質(zhì)弱化。2018年，Dai C等[27]研究了超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)巖石滲透率的影響及機(jī)理，針對(duì)不同滲透率的巖樣進(jìn)行了水力壓裂與超臨界二氧化碳?jí)毫褜?duì)比試驗(yàn)，得出了超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)于高滲透率的巖樣產(chǎn)生更大的滲透破壞，而水則對(duì)低滲透率的巖樣產(chǎn)生更大的滲透破壞。

除了上述的壓裂規(guī)律性和SC-CO2與巖石之間發(fā)生的相互作用的實(shí)驗(yàn)性研究之外，還有部分針對(duì)SC-CO2壓裂所制備的增粘劑效果的實(shí)驗(yàn)研究。2014年，范志等[28]針對(duì)增粘劑(BEA與FA)對(duì)SC-CO2粘度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。2016年，劉真光等[29]對(duì)二氧化碳?jí)毫岩旱臑V失規(guī)律進(jìn)行了研究，分析了注入壓力、壓差、裂縫開啟度等影響參數(shù)變化條件下的壓裂液濾失速率。2018年，Du M等[30]采用以甲苯作為共溶劑、聚二甲基硅氧烷作為增粘劑，測(cè)試了增粘后的SC-CO2壓裂液的粘度值，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了該壓裂液體系的溶解度參數(shù)。分子模擬與實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)并檢驗(yàn)SC-CO2增粘劑效用的有效手段，為成功設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的SC-CO2壓裂液體系有較好的指導(dǎo)作用。

2.3 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)的數(shù)學(xué)模型研究

2015年，郭建春等[31]建立了描述SC-CO2溫度、壓力、相態(tài)與物理性質(zhì)之間相互影響的井筒溫度-壓力耦合模型，對(duì)不同注入溫度、注入壓力、注入排量與油管粗糙度所引起的井底參數(shù)的變化進(jìn)行了研究，分析了二氧化碳井底達(dá)到超臨界態(tài)的參數(shù)范圍。同年，孫小輝等[32]構(gòu)建了裂縫溫度場(chǎng)模型，研究了在不同濾失系數(shù)和不同壓裂時(shí)間的條件下壓裂裂縫的溫度場(chǎng)變化。井筒內(nèi)以及裂縫內(nèi)溫度場(chǎng)的相關(guān)研究，有利于SC-CO2壓裂時(shí)各項(xiàng)施工參數(shù)的選擇，以保證井底及裂縫內(nèi)SC-CO2的超臨界態(tài)。

2015年， 王金堂等[33]采用雙流體模型對(duì)SC-CO2攜帶支撐劑的流動(dòng)情況進(jìn)行了模擬計(jì)算，分析了不同流體流速、不同支撐劑濃度、不同溫度及壓力條件下的支撐劑沉降情況。2016年，侯磊等[34]建立了支撐劑在SC-CO2中的跟隨性計(jì)算模型，評(píng)價(jià)了SC-CO2壓裂液的攜砂性能，研究了支撐劑粒徑與密度、SC-CO2的密度與流速等參數(shù)對(duì)攜砂能力的影響，并通過跟隨性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模型檢驗(yàn)。SC-CO2攜砂流動(dòng)模型的研究，為獲得優(yōu)良的裂縫填充效果提供了合適的支撐劑參數(shù)和流體參數(shù)選擇范圍，對(duì)于研制合適的壓裂液體系提出了設(shè)計(jì)需求，有利于壓裂液添加劑以及支撐劑的選擇。

2015年，方長(zhǎng)亮等[35]建立了二維平面頁巖裂縫模型，分別以水、滑溜水以及SC-CO2為壓裂液進(jìn)行壓裂模擬，對(duì)比了不同壓裂液條件下裂縫的張開和長(zhǎng)度。同年，陳立強(qiáng)等[36]建立了適用于SC-CO2壓裂的裂縫起裂壓力預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行了與水力壓裂、液態(tài)二氧化碳?jí)毫训膶?duì)比，其結(jié)果與前人的實(shí)驗(yàn)數(shù)值僅有3%的誤差。SC-CO2壓裂模型的建立，有利于裂縫幾何尺寸和縫網(wǎng)形態(tài)的預(yù)測(cè)，對(duì)壓裂參數(shù)的選擇提供了參考范圍。

3 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)研究的不足與改進(jìn)

3.1 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)研究的不足

超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)因壓裂液的清潔性能和介于氣體、液體之間的特殊性質(zhì)而受益，但同樣因壓裂液產(chǎn)生的井內(nèi)相態(tài)控制問題、低粘度所導(dǎo)致的攜砂問題、穿透性強(qiáng)而產(chǎn)生的設(shè)備研制需求等，是目前SC-CO2壓裂技術(shù)急需解決的研究重點(diǎn)。目前，SC-CO2壓裂技術(shù)的研究存在以下幾點(diǎn)不足。

(1)井內(nèi)二氧化碳的相態(tài)控制。需要建立耦合溫度與壓力影響參數(shù)的井筒內(nèi)流體流動(dòng)模型，模擬計(jì)算井筒內(nèi)的流體溫度-壓力分布情況，控制井內(nèi)流體相態(tài)。

(2)壓裂液體系的研究，主要可以分為壓裂液添加劑的研究與支撐劑的研究。前者前人往往只是針對(duì)制得的壓裂液體系的粘度測(cè)試進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但對(duì)于新型壓裂液體系用于室內(nèi)壓裂實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)小型壓裂試驗(yàn)中的測(cè)試尚有缺失，且分子模擬作為設(shè)計(jì)壓裂液體系的有效手段，在現(xiàn)有的計(jì)算方法下未能達(dá)到模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的吻合。后者主要針對(duì)支撐劑的運(yùn)移模型進(jìn)行了研究，缺少針對(duì)超臨界二氧化碳特殊返排條件下的支撐劑回流模型的研究，且缺少攜砂壓裂實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證和支持?jǐn)?shù)學(xué)模型的研究成果。

(3)在SC-CO2室內(nèi)壓裂實(shí)驗(yàn)中，總結(jié)得出的起裂壓力、裂縫復(fù)雜度、裂縫粗糙度以及施工參數(shù)的影響等方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的規(guī)律性，但缺少SC-CO2壓裂裂縫擴(kuò)展的機(jī)理研究，且未分析對(duì)于不同巖石對(duì)壓裂液變化的敏感性成因。

(4)缺少SC-CO2壓裂裂縫有效性的相關(guān)研究。SC-CO2壓裂所形成的裂縫較窄，不利于支撐劑的鋪放，需要對(duì)裂縫支撐劑填充的有效性進(jìn)行分析。

(5)缺少SC-CO2壓裂技術(shù)對(duì)油氣開采增產(chǎn)作用的相關(guān)研究。壓裂技術(shù)的研究，最終目的是作用于后續(xù)的油氣開采工作。油頁巖是一種滲透率與傳熱能力都極低的非常規(guī)油氣藏，SC-CO2壓裂技術(shù)所構(gòu)造的填砂裂縫網(wǎng)絡(luò)是擴(kuò)大儲(chǔ)層傳熱范圍和油氣滲透能力的手段，需要對(duì)SC-CO2壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)對(duì)油頁巖儲(chǔ)集層傳熱和滲流能力的改變進(jìn)行研究。

3.2 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)研究改進(jìn)措施

(1)引入粗粒度分子模擬技術(shù)，進(jìn)行SC-CO2增粘劑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過前人研究已知，擁有供電子基團(tuán)、路易斯堿屬性的聚合物與二氧化碳之間存在特定的相互作用，可用于設(shè)計(jì)二氧化碳?jí)毫岩篬37]。粗粒度分子模擬技術(shù)可在聚合物分子尺度上進(jìn)行增粘劑與SC-CO2相行為的研究，避免了單一的基團(tuán)與二氧化碳之間的相互作用等因素而導(dǎo)致的模擬結(jié)果與實(shí)際效果不同。采用設(shè)計(jì)的增粘劑與合適的助溶劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)設(shè)計(jì)的壓裂液體系的粘度，進(jìn)行室內(nèi)壓裂實(shí)驗(yàn)并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與純SC-CO2壓裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

(2)建立SC-CO2壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)下的支撐劑運(yùn)移模型，設(shè)計(jì)攜砂壓裂實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行不同支撐劑濃度、粒徑、攜砂液流速等參數(shù)對(duì)支撐劑運(yùn)移影響的模擬計(jì)算研究，分析形成合適的砂堤區(qū)、顆粒滾流區(qū)、懸浮區(qū)和無砂區(qū)范圍的參數(shù)[38]，分析SC-CO2壓裂形成的窄而復(fù)雜的裂縫縫網(wǎng)對(duì)形成較好的填砂裂縫所需的支撐劑參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行攜砂壓裂實(shí)驗(yàn)，利用CT掃描技術(shù)觀察裂縫填充情況以及支撐劑參數(shù)與攜砂液排量對(duì)裂縫填充的影響，驗(yàn)證支撐劑運(yùn)移模型，最終評(píng)價(jià)SC-CO2壓裂裂縫填充的有效性。

(3)建立油頁巖富含天然裂縫地層中的SC-CO2壓裂裂縫擴(kuò)展模型。通過設(shè)置不同的裂縫類型、相交角、距離等參數(shù)，研究SC-CO2壓裂裂縫與天然裂縫發(fā)生交匯、穿過等交互現(xiàn)象的規(guī)律，與水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型相對(duì)比，分析SC-CO2壓裂溝通天然裂縫的能力，優(yōu)化合理的壓裂參數(shù)選擇范圍。同時(shí)，設(shè)計(jì)室內(nèi)SC-CO2壓裂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型。

(4)與水基壓裂液相比，SC-CO2雖在裂縫長(zhǎng)度、復(fù)雜度和溝通微裂縫上有明顯的優(yōu)勢(shì)，但裂縫張開度小，不利于支撐劑的鋪放，影響了有效裂縫長(zhǎng)度及導(dǎo)流能力。裂縫網(wǎng)絡(luò)的幾何尺寸以及空間分布是影響油頁巖加熱開采過程中的儲(chǔ)集層溫度場(chǎng)變化的重要因素，將直接影響到開采井的油氣產(chǎn)量。設(shè)計(jì)SC-CO2攜砂壓裂后的導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，從SC-CO2對(duì)油頁巖巖石滲流能力的影響與裂縫充填層導(dǎo)流能力對(duì)各項(xiàng)壓裂參數(shù)的敏感性兩方面對(duì)SC-CO2壓裂所獲得的油氣流通通道的滲流能力進(jìn)行研究。通過室內(nèi)試驗(yàn)獲取油頁巖密度、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)，建立SC-CO2壓裂裂縫擴(kuò)展模型，對(duì)比水力壓裂縫網(wǎng)，研究SC-CO2壓裂形成的窄而復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)條件下，油頁巖注熱開采時(shí)的儲(chǔ)集層溫度場(chǎng)變化情況，分析裂縫幾何尺寸與空間分布對(duì)油氣產(chǎn)量及產(chǎn)油效率的影響。

4 認(rèn)知與結(jié)論

(1)國(guó)內(nèi)外大量超臨界二氧化碳?jí)毫褜?shí)驗(yàn)與水力壓裂實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究證明，超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)在降低巖石起裂壓力、提高裂縫網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度等方面具有顯著的優(yōu)越性。我國(guó)延長(zhǎng)地區(qū)的頁巖氣超臨界二氧化碳?jí)毫熏F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的成功，為該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

(2)目前SC-CO2壓裂技術(shù)的研究，已初涉了有利于相態(tài)控制的溫度場(chǎng)模型、有利于支撐劑選擇的壓裂液攜砂流動(dòng)模型、裂縫起裂和擴(kuò)展模型、裂縫擴(kuò)展規(guī)律性實(shí)驗(yàn)等方面的研究，但對(duì)于設(shè)計(jì)壓裂液體系的分子模擬計(jì)算方式、攜砂壓裂室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、裂縫擴(kuò)展機(jī)理研究以及SC-CO2壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)條件下的油氣產(chǎn)能等方面的研究尚有欠缺。

(3)提出了引入粗粒度分子模擬技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)增粘劑、利用SC-CO2壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)下的支撐劑運(yùn)移模型與攜砂壓裂實(shí)驗(yàn)共同評(píng)價(jià)裂縫填充有效性、建立油頁巖富含天然裂縫地層中的SC-CO2壓裂裂縫擴(kuò)展模型以研究SC-CO2溝通天然裂縫的能力、SC-CO2壓裂復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)條件下的油頁巖裂縫導(dǎo)流能力研究與注熱開采產(chǎn)能研究，為超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)的研究提供了參考幫助。