我國頁岩油氣、煤層氣等非常規油氣資源儲量豐富，大力推進非常規油氣高效開發對於緩解我國能源供需矛盾、保障國家能源安全意義重大。但非常規油氣儲層孔隙度和滲透率較低，必須進行儲層改造才能實現商業化開發。近年來水力壓裂技術取得了長足進步，大大加快了非常規油氣開發進程，同時也面臨著一系列挑戰，如水資源消耗大、儲層污染、返排液難處理等。超臨界CO₂ 流體黏度低、擴散係數高、表面張力接近零，具有許多獨特的物理和化學性質，自20 世紀初被引入鑽完井工程中後，表現出了諸多優勢。超臨界CO₂ 壓裂易使儲層形成複雜裂縫網路，同時不會引起儲層黏土膨脹，儲層壓裂改造效果好；此外，CO₂ 吸附性強，能夠在置換吸附態的甲烷分子，提高產量和採收率的同時，實現CO₂ 永久封存。因此，超臨界CO₂ 壓裂技術被認為是一種具有廣闊應用前景的新型無水壓裂技術。
超臨界CO₂ 射流剖面的速度矢量圖與壓力雲圖
水射流與超臨界CO₂ 射流破岩效果對比圖
在我國CO₂ 排放日益增加、主要油氣產區水資源短缺的背景下，中國石油大學（北京）王海柱教授及其研究團隊率先提出超臨界CO₂ 壓裂增產新方法，並在國家重點基礎研究發展計劃(簡稱973計劃)、國家自然科學基金重點國際(地區)合作研究項目、國家自然科學基金國際(地區)合作研究與交流項目、國家自然科學基金優秀青年科學基金項目、國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年科學基金項目(2014CB239203, 51210006, 41961144026, 51922107, 51874318, 51304226)等的資助下，歷經十餘年持續研究，堅持「創新原理—參數設計—礦場試驗—推廣應用」的研究思路，形成了非常規油氣儲層改造與增產特色技術，取得了非常規油氣綠色「無水」增產技術的突破，在超臨界CO₂ 流體特性與射流基礎、超臨界CO₂ 噴射壓裂基礎等方面取得了較系統的理論研究成果。
《超臨界CO₂壓裂基礎》（王海柱等編著. 北京：科學出版社，2024.3）一書是在沈忠厚院士和李根生院士的指導下，對十幾年來研究工作的成果總結。全書共九章，系統總結了作者及其研究團隊在超臨界CO₂ 壓裂基礎理論研究方面的最新成果，覆蓋了超臨界CO₂ 壓裂技術中噴射壓裂井筒流動與控制、射流破岩與孔內增壓、壓裂起裂機理、支撐劑輸送和現場應用實例等內容，以圖表、數據等形式，生動地闡述了超臨界CO₂ 壓裂技術各個環節相關的基礎理論。
第一章介紹了超臨界CO₂ 流體的物理性質及密度、黏度、導熱係數等參數的計算方法；
第二章介紹了超臨界CO₂ 噴射壓裂井筒流動與控制；
第三章通過數值模擬和室內試驗的研究方法，闡述了超臨界CO₂ 射流及破岩特性；
第四章採用理論分析、數值模擬與室內試驗相結合的研究方法，介紹了超臨界CO₂磨料射流特性；
第五章研究了超臨界CO₂ 噴射壓裂孔內增壓機理，分析了關鍵參數對孔內增壓和環空封隔效果的影響規律；
第六章通過研究超臨界CO₂ 與儲層岩石相互作用機制等闡述了超臨界CO₂ 壓裂起裂機理；
第七章闡述了超臨界CO₂ 壓裂過程中水平環空超臨界CO₂ 攜砂運移特性和規律；
第八章研究了平直和複雜裂縫內攜砂機理及規律；
第九章以陝西延長石油(集團)有限責任公司(簡稱延長石油)一口試驗井為例對超臨界CO₂ 壓裂技術的現場施工工藝進行了介紹，並針對存在的問題給出了相應的解決對策。
本書第一章由王海柱撰寫，第二章由王海柱和李小江撰寫，第三章由田守嶒和賀振國撰寫，第四章由王海柱和賀振國撰寫，第五章由李根生和程宇雄撰寫，第六章由王斌和楊兵撰寫，第七章由王海柱和陸群撰寫，第八章由王海柱和鄭永撰寫，第九章由王海柱撰寫。全書由李根生院士統籌指導，王海柱統稿。
本書可供從事儲層壓裂改造，碳捕集、利用與封存及其他石油工程領域相關專業的高等院校師生、科研人員和工程技術人員參考，希望能對從事這一領域的科研工作者有所啟示。
本文摘編自《超臨界CO₂壓裂基礎》（王海柱等編著. 北京：科學出版社，2024.3）一書「前言」，有刪減修改，標題為編者所加。
ISBN 978-7-03-077981-6
責任編輯：萬群霞 崔元春
（本文編輯：劉四旦）
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