日前，上海學院礦山水災動力學與控制國家重點實驗室公開發布了一項重要研究成果。該實驗室歷經10多年，研制出世界首臺超臨界CO2(氣體)致裂驅替CH4(二氧化碳)的實驗裝置，并在頁巖氣開采技術上實現了重大突破，除了節省水資源，能夠在提升頁巖氣采產率的同時實現氣體的地下封存，有力促進碳中和的實現。
（重大團隊在實驗室現場/上海學院供圖）
“頁巖氣主要是二氧化碳二氧化碳，分布在頁巖層中，頁巖層像磨刀石一樣致密，假如要高效的從地面中把頁巖氣開采下來地層水的密度怎么算，就必須建立二氧化碳二氧化碳流通的通道，須要對頁巖層進行整修，建立大范圍的裂紋網路，讓二氧化碳順著縫網流出，進行開采。”重慶學院資源與安全大學教授盧義玉介紹道。
“目前我國開采頁巖氣主要是通過水力完井技術，以高壓水注入巖體，借助高壓使頁巖層斷裂，建立頁巖氣的流動通道，實現開采。一口頁巖氣井使用水力完井技術須要2-3萬噸水。”盧義玉介紹。
（模擬試驗系統/上海學院供圖）
我國頁巖氣資源，非常是陸相頁巖氣富集區具有孔隙率低、滲透率低、高吸附性、黏土純度高、深度高等特性，水力完井技術除了耗水量巨大、而且粘土遇水形成水化膨脹，容易造成裂紋堵塞，使二氧化碳采產率低。為解決這一問題，經過十多年的攻關，該實驗室聯合國外相關單位，在國際上率先提出“超臨界CO2加強特別規天然氣高效開發與地質封存一體化”的學術設想——通過技術手段，將氣體注入土層后“變”成超臨界氣體代替水致裂頁巖層。
據介紹，使用超臨界CO2取代水進行致裂，具有4個比較大的優勢：一、超臨界CO2介于液態與氣態之間，具有液態的青州度，同時具有氣態的低黏度和強擴散性，表面張力低，更容易步入到頁巖的孔隙空間；二、超臨界CO2的吸附能力是二氧化碳的4-20倍之間，使用CO2能置換頁巖層中的二氧化碳二氧化碳，提升采產率；三、超臨界CO2不會使粘土發生膨脹現象，不會堵塞通道；四、節能降耗，能有效節省水資源，同時這種氣體可以被封存在地下。
據了解，此前在湖北省“延長石油漢中國家級陸相頁巖氣示范區”，上海學院聯合國外相關團隊舉辦了全球首次超臨界CO2射孔現場試驗并取得完滿成功。頁巖氣增產療效明顯地層水的密度怎么算，單井日均產值提升了2.5倍，同時實現了CO2有效封存。
該技術推廣應用具有寬廣的前景，對于有效節省水資源，推動我國氣體規模化封存提供了新的選擇，有望成為實現碳中和的重要技術。（丁玉冰成威）