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9月15日，中國最大規(guī)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(yè)由吉林油田與山東煙臺杰瑞集團聯(lián)合研發(fā)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(yīng)用自主研發(fā)的大容量密閉混砂車和液態(tài)二氧化碳壓裂液體系進行規(guī)模加砂壓裂技術(shù)試驗，同時也是截至目前國內(nèi)加砂量最多的一次二氧化碳無水蓄能壓裂作業(yè)。
無水壓裂裝置國內(nèi)最大
主導(dǎo)本次壓裂施工的吉林油田相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次作業(yè)井為吉林油田黑+79-31-45井，作業(yè)核心設(shè)備為1臺杰瑞立式二氧化碳混砂罐車、1臺風(fēng)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(xiàn)場還有20余輛二氧化碳罐車，以保證600m3液態(tài)二氧化碳的及時供應(yīng)。
據(jù)了解，黑+79-31-45井位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)黑163區(qū)塊，屬于枯竭式開采高凝油井。這一區(qū)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(yè)方?jīng)Q定對這口井采用液態(tài)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(chǎn)量的目的。
“為了保障正式作業(yè)的順利實施，我們與杰瑞集團在正式作業(yè)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(tǒng)加壓、循環(huán)冷卻、加增稠劑、管線連接、壓裂泵送、數(shù)據(jù)采集等流程的正常進行�！鄙鲜黾夹g(shù)負(fù)責(zé)人透露，“數(shù)據(jù)證明，我們的施工設(shè)計是合理的，混砂車連續(xù)長時間作業(yè)的穩(wěn)定性也可勝任大型無水蓄能壓裂作業(yè)�！�
據(jù)了解，目前該井關(guān)井壓力為5MPa，計劃待井口壓力擴散完畢后投產(chǎn)。該項工藝的先導(dǎo)性試驗成功，有力證明了液態(tài)二氧化碳大規(guī)模壓裂的可行性，充分展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，為吉林油田致密油氣藏蓄能壓裂開發(fā)、敏感性油氣藏?zé)o傷害壓裂開發(fā)及稠油油藏降粘壓裂開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。
自主研發(fā)超越北美
此次作業(yè)主要的設(shè)備提供方杰瑞集團相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，經(jīng)過本次作業(yè)，作業(yè)方進一步規(guī)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(guān)系；明確了不同施工排量下的沿程摩阻和液態(tài)二氧化碳攜砂性能；掌握了液態(tài)二氧化碳在低壓管線快速失壓時的干冰凍堵和解堵規(guī)律，為主壓裂施工提供了合理依據(jù)。
同時，與北美傳統(tǒng)的二氧化碳無水蓄能壓裂相比，杰瑞設(shè)備在連續(xù)性、可視化、安全性等方面都有較大程度的優(yōu)化提升。
“北美二氧化碳混砂罐通常采用臥式罐體設(shè)計，而杰瑞的立式二氧化碳混砂罐有效容積更大，可達25m3，預(yù)冷過程中汽化量更�。恢蝿┹斔推鞑捎昧穗p螺旋的形式，可互為備用，以滿足大規(guī)模壓裂持續(xù)加砂的需求�！鄙鲜鼋苋鹭�(fù)責(zé)人解釋道，“此外，現(xiàn)場壓力、溫度、流量、有害氣體濃度等數(shù)據(jù)的可視化、自動化控制，確保了這種特殊壓裂作業(yè)的最大施工安全�！�
四項預(yù)案確保安全
現(xiàn)場安全負(fù)責(zé)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(fēng)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(nèi)出現(xiàn)二氧化碳?xì)忭�、注入壓力升高等四套�?yīng)急預(yù)案�，F(xiàn)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(jiān)控、氣體濃度監(jiān)測和遠(yuǎn)紅外視頻監(jiān)控的安全系統(tǒng)，確保作業(yè)壓力、溫度、濃度、大泵運轉(zhuǎn)的完全可控。
“視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)紅外攝像頭、便攜式360°旋轉(zhuǎn)云臺、視頻網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻監(jiān)控硬盤刻錄機等組成。其中配置1~2臺遠(yuǎn)紅外溫度監(jiān)測攝像頭，用于監(jiān)測柱塞泵液力端的密封狀態(tài)。”上述杰瑞集團負(fù)責(zé)人介紹道。
據(jù)了解，二氧化碳無水蓄能壓裂技術(shù)源于北美，是一種采用液態(tài)二氧化碳作為壓裂液來代替水的技術(shù)，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(fā)而設(shè)計。與常規(guī)的水力壓裂相比，二氧化碳無水蓄能壓裂增產(chǎn)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?guī)缀鯚o需添加劑，成本相對較低。
創(chuàng)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(yè)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(yè)的碳回收實現(xiàn)，不僅可保護大氣環(huán)境，更可以為壓裂作業(yè)提供源源不斷的二氧化碳資源。
而且，在自然環(huán)境下，20%～85%的甲烷氣都以吸附狀態(tài)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(chǎn)量，并實現(xiàn)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(tài)二氧化碳可快速汽化膨脹，在1~4小時內(nèi)迅速實現(xiàn)徹底的洗井排液，方便作業(yè)方及時評價儲層產(chǎn)能。
“水資源匱乏正在給國內(nèi)常規(guī)油氣增產(chǎn)和非常規(guī)油氣開發(fā)帶來愈發(fā)沉重的成本壓力，甚至在一些地區(qū)已引起了當(dāng)?shù)鼐用竦牟粷M，”一位資深行業(yè)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(shù)將迎來非常實際的發(fā)展機會�！�
無水壓裂裝置國內(nèi)最大
主導(dǎo)本次壓裂施工的吉林油田相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此次作業(yè)井為吉林油田黑+79-31-45井，作業(yè)核心設(shè)備為1臺杰瑞立式二氧化碳混砂罐車、1臺風(fēng)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(xiàn)場還有20余輛二氧化碳罐車，以保證600m3液態(tài)二氧化碳的及時供應(yīng)。
據(jù)了解，黑+79-31-45井位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)黑163區(qū)塊，屬于枯竭式開采高凝油井。這一區(qū)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(yè)方?jīng)Q定對這口井采用液態(tài)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(chǎn)量的目的。
“為了保障正式作業(yè)的順利實施，我們與杰瑞集團在正式作業(yè)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(tǒng)加壓、循環(huán)冷卻、加增稠劑、管線連接、壓裂泵送、數(shù)據(jù)采集等流程的正常進行�！鄙鲜黾夹g(shù)負(fù)責(zé)人透露，“數(shù)據(jù)證明，我們的施工設(shè)計是合理的，混砂車連續(xù)長時間作業(yè)的穩(wěn)定性也可勝任大型無水蓄能壓裂作業(yè)�！�
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自主研發(fā)超越北美
此次作業(yè)主要的設(shè)備提供方杰瑞集團相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，經(jīng)過本次作業(yè)，作業(yè)方進一步規(guī)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(guān)系；明確了不同施工排量下的沿程摩阻和液態(tài)二氧化碳攜砂性能；掌握了液態(tài)二氧化碳在低壓管線快速失壓時的干冰凍堵和解堵規(guī)律，為主壓裂施工提供了合理依據(jù)。
同時，與北美傳統(tǒng)的二氧化碳無水蓄能壓裂相比，杰瑞設(shè)備在連續(xù)性、可視化、安全性等方面都有較大程度的優(yōu)化提升。
“北美二氧化碳混砂罐通常采用臥式罐體設(shè)計，而杰瑞的立式二氧化碳混砂罐有效容積更大，可達25m3，預(yù)冷過程中汽化量更�。恢蝿┹斔推鞑捎昧穗p螺旋的形式，可互為備用，以滿足大規(guī)模壓裂持續(xù)加砂的需求�！鄙鲜鼋苋鹭�(fù)責(zé)人解釋道，“此外，現(xiàn)場壓力、溫度、流量、有害氣體濃度等數(shù)據(jù)的可視化、自動化控制，確保了這種特殊壓裂作業(yè)的最大施工安全�！�
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現(xiàn)場安全負(fù)責(zé)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(fēng)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(nèi)出現(xiàn)二氧化碳?xì)忭�、注入壓力升高等四套�?yīng)急預(yù)案�，F(xiàn)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(jiān)控、氣體濃度監(jiān)測和遠(yuǎn)紅外視頻監(jiān)控的安全系統(tǒng)，確保作業(yè)壓力、溫度、濃度、大泵運轉(zhuǎn)的完全可控。
“視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)紅外攝像頭、便攜式360°旋轉(zhuǎn)云臺、視頻網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻監(jiān)控硬盤刻錄機等組成。其中配置1~2臺遠(yuǎn)紅外溫度監(jiān)測攝像頭，用于監(jiān)測柱塞泵液力端的密封狀態(tài)。”上述杰瑞集團負(fù)責(zé)人介紹道。
據(jù)了解，二氧化碳無水蓄能壓裂技術(shù)源于北美，是一種采用液態(tài)二氧化碳作為壓裂液來代替水的技術(shù)，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(fā)而設(shè)計。與常規(guī)的水力壓裂相比，二氧化碳無水蓄能壓裂增產(chǎn)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?guī)缀鯚o需添加劑，成本相對較低。
創(chuàng)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(yè)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(yè)的碳回收實現(xiàn)，不僅可保護大氣環(huán)境，更可以為壓裂作業(yè)提供源源不斷的二氧化碳資源。
而且，在自然環(huán)境下，20%～85%的甲烷氣都以吸附狀態(tài)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(chǎn)量，并實現(xiàn)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(tài)二氧化碳可快速汽化膨脹，在1~4小時內(nèi)迅速實現(xiàn)徹底的洗井排液，方便作業(yè)方及時評價儲層產(chǎn)能。
“水資源匱乏正在給國內(nèi)常規(guī)油氣增產(chǎn)和非常規(guī)油氣開發(fā)帶來愈發(fā)沉重的成本壓力，甚至在一些地區(qū)已引起了當(dāng)?shù)鼐用竦牟粷M，”一位資深行業(yè)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(shù)將迎來非常實際的發(fā)展機會�！�
