不用再灌水了，注CO2也能用于岩层中资源开采

一、前言

今天，我们地球上的石油其实还有很多，够用上千年。那我们为什么总说石油不够用的？是开采技术问题。采油过程中，为了防止油被抽出来后，岩石层发生坍塌，所以需要边灌水边抽油，那么问题就来了，水要是不够呢，油开采不就受限制的了。为此，有人提出用二氧化碳代替水来实现水的功能，与此同时，二氧化碳还能被封存，这对缓解全球变暖也有帮助。如果这项技术能够规模化应用，相信也会影响能源格局。

二、主要内容

在5月30日发表于Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule（《焦耳》）的一篇研究论文中，来自中国科学院和中国石油大学（北京）的科研工作者指出，相比水，二氧化碳可能是一种更为理想的裂解液。这一发现有助于催生更加生态友好的压裂技术，同时也为二氧化碳封存找到了新途径。

压裂是一种从非常规储层中开发资源的技术。在该过程中，压裂液（通常是混有砂子、发泡剂、杀菌剂和其他化学物质的水）被注入岩层中，将其压裂以释放其中的资源。注入的约700万~1500万升液体的30%~50%，在开采结束后仍留在岩层中。水力压裂的高耗水量、环境风险和频繁发生的生产问题，引起了行业专家和环境保护人士的担忧。

“无水压裂可能是规避这些问题的一个潜在解决方案，”中国科学院上海高等研究院的孙楠楠副研究员介绍说，“在一系列的无水压裂方案中，我们选择了二氧化碳压裂，这是因为该工艺具有多重优势。但是，目前对这项技术中关键科学问题的认识还不够深入，而这对技术的进一步开发和推广应用非常重要。”

二氧化碳压裂的优势包括大大降低了过程水耗（从而提高了压裂技术在干旱地区的可行性），降低储层伤害（水力压裂过程中经常发生水锁等问题），以及可以为捕获的二氧化碳提供封存场所。

然而，使用二氧化碳替代水作为常用压裂液的先决条件是其在增产方面更为高效。为了在微观层面上研究作为压裂液的二氧化碳和水之间的差异，研究团队收集了重庆的页岩露头，并用水和二氧化碳两种压裂液对其进行压裂。他们发现，二氧化碳的表现优于水，形成了复杂的裂缝网络，且改造体积显著增大。

孙楠楠说：“我们证明了二氧化碳比水具有更高的移动性，因此井口的注入压力可以更好地传递到地层的天然孔隙中，这改变了裂缝形成的机制，形成了更复杂的裂缝网络，而从提高了页岩气的生产效率。”

尽管研究人员认为这种压裂技术具有推广性，但将二氧化碳作为现有压裂液的替代品并开展大规模应用，仍受到二氧化碳来源的限制——从排放捕获二氧化碳过程的成本仍然高昂。

研究团队也注意到，注入底层的二氧化碳粘度非常低，其支撑剂携带能力较弱，而支撑剂有助于页岩气开采过程中保持压裂缝的开放，因此如何提高二氧化碳压裂液的粘度是当前研究人员的工作重点之一。现有技术还无法在保持低成本和减少环境足迹的同时做到这一点。

接下来，科研人员将进一步研究二氧化碳压裂技术的局限性，以便更好地了解如何使用它。孙楠楠提到：“后续工作还需要更好地识别技术边界，例如储层类型、地质力学性质和条件、地层的二氧化碳敏感性等对二氧化碳压裂过程的影响规律。此外，我们还将积极与生产部门合作，推进技术的现场应用。”

Fracturing with Carbon Dioxide: From Microscopic Mechanism to Reservoir Application, Joule, DOI:10.1016/j.joule.2019.05.004

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