自支撑压裂技术研究进展

摘要:本文系统综述了自支撑压裂技术的最新研究进展，重点分析了相变压裂技术和渗透石压裂两大技术方向。研究表明，传统水力压裂技术面临砂堵、作业时间长、导流能力衰减快（1-2年内下降40%-60%）等问题。相变自支撑压裂技术基于超分子化学原理，通过温敏材料相变形成原位支撑结构，渗透石自支撑压裂采用石墨烯-二氧化碳泡沫-水泥浆体系，形成抗压强度50MPa以上、渗透率200-500mD的自生支撑结构。综合分析表明，自支撑剂技术可显著降低作业时间、提高裂缝导流能力，但在长期有效性验证、规模化应用等方面仍需突破。

关键词：自支撑压裂；相变压裂技术；渗透石压裂；裂缝导流能力

中图分类号：TE357.1

1 引言

传统水力压裂通过高压泵注使岩石破裂并注入支撑剂形成油气通道，是页岩气、致密油等非常规储层增产改造的核心手段[1]。但在规模化应用中，该技术面临两大瓶颈：①经济性差，支撑剂采购、运输与泵送成本占压裂总成本的30%–50%，深井及海上作业压力更大；②导流能力衰减快，支撑剂在应力作用下易嵌入岩石，投产后1–2年内裂缝导流效率下降40%–60%，显著影响有效期与采收率[2-4]。

为破解上述难题，自支撑压裂技术近年来成为研究热点[5]。该类技术摒弃外加支撑剂，转而通过物理-化学方法实现支撑剂原位生成与长效导流，典型路径包括相变压裂液、渗透石压裂工艺等，已在降低作业复杂度、减轻储层伤害、提升全生命周期经济性方面展现出显著优势。

本文系统梳理自支撑压裂技术的机理、研究进展与工程实践，分析其技术优势与适用场景，并探讨未来发展方向，以期为非常规油气高效开发提供新思路。

2 自支撑压裂技术

目前，自支撑压裂技术主要包括：相变压裂液技术通过智能材料在储层条件下原位形成支撑结构；渗透石压裂技术则利用自身水泥浆特性维持裂缝开启与支撑。这两种技术各具特色，在不同地质条件下展现出独特优势。

2.1 相变压裂技术

1987年诺贝尔化学奖得主J.M.Lehn首次提出“超分子化学”概念，其核心是利用分子间非共价键作用实现分子聚集。基于此，超分子材料具备功能组装特性，可在特定条件下实现液-固相转变，为油气田压裂改造提供了新材料设计思路。

国内最早由西南石油大学赵立强团队提出相变自支撑压裂技术。其原理是同时注入两种压裂液：一种在地层温度下相变形成固态支撑剂；另一种则维持裂缝空间并在施工后返排，从而形成高导流油气通道。该技术从根本上解决了常规压裂中的脱砂、砂堵等问题，2019年在华北油田成功完成现场验证[6-7]。

此后，中国石油大学（华东）、中国石油勘探开发研究院等机构持续推进研发，重点优化温敏聚合物性能，开发可调相变温度的压裂液体系，并在鄂尔多斯盆地等地开展现场试验。当前研究聚焦于材料成本控制、相变过程精准调控及导流能力维持等关键问题[8-11]。

当前，该技术尚未大规模推广，主要受以下制约：一是技术成熟度不足，地质适应性及长期稳定性需进一步验证；二是成本较高，材料研发与规模化供应存在瓶颈；三是工艺复杂，对施工设备和监测要求高；四是行业接受度低，企业应用意愿不强[12-14]。

尽管如此，该技术在温度稳定、均质致密储层改造中具有独特优势，可避免支撑剂嵌入和压裂液伤害，并实现储层自适应改造。未来随着成本下降、技术完善和认知提升，有望在非常规油气开发中发挥重要作用。

2.2 渗透石压裂

渗透石自支撑压裂技术是我国自主研发、拥有完全知识产权的创新型压裂技术。在罗平亚院士团队牵头下，历经十余年攻关，从理论、材料到工艺实现全链条突破，已成为油气增产领域的重大科技成果[15]。

该技术的核心在于构建了“石墨烯-CO₂泡沫-水泥浆”复合压裂体系，通过多学科交叉实现压裂机理与施工模式的根本变革。其技术路径为：将特制水泥浆液泵入地层，在储层温压条件下触发协同反应——CO₂释放形成超临界泡沫作为基体，水泥类材料水化固化构建高强度骨架，石墨烯利用其大比表面积与导热性增强结构稳定性，最终在裂缝中生成三维多孔支撑体（自生导热渗透石）[16-17]。

该人工岩石结构兼具高强、高渗和导热功能，抗压强度超过50MPa，渗透率达200–500mD，显著优于传统支撑剂填充层。

与常规水力加砂压裂相比，渗透石自支撑压裂具有三大核心优势：①通过液态注入-原位固化，彻底消除支撑剂嵌入、回流及砂堵风险，实现“液至即成支撑”；②施工高效且设备精简，在中亚某页岩油水平井中3天完成29段压裂，单段最短仅1.5小时，无需混砂车；③可小排量低泵压注入，抑制压窜风险，适用于裂缝发育及复杂压力系统，利于缝网控制[18]。

该技术应用前景广阔：既可解决页岩气、致密油等非常规储层的压裂难题，又能拓展应用于井筒防砂、防塌及选择性堵水等复杂工况，是油气田开发领域最具潜力的创新技术之一。

3 结论

相变自支撑压裂与渗透石自支撑压裂代表了自支撑压裂技术的两种典型路径，二者在核心机理、工程特性和地质适用性方面具有差异，分别适用于不同的储层条件与改造目标。

相变压裂利用智能材料在地层温度下相变形成支撑体，避免砂堵，适用于温度稳定的中深层均质致密储层，优势是低伤害、泵送性好，体现了“智能、精准”的技术理念。

渗透石压裂通过浆液固化形成高强人造岩石，导流持久、抗嵌入，尤其适用于超深储层、软地层及高闭合应力环境，在抗嵌入能力、导流持久性及地应力适应性方面表现突出，且施工排量小、无返排。

两者技术定位不同，为复杂油气藏改造提供了灵活选择，具有较强的工程指导意义。

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 作者简介：葛艳蓉（1995-），女，湖北荆门，汉，硕士研究生，江苏油田石油工程技术研究院，助理工程师，从事储层改造专业。