我国页岩油气、煤层气等非常规油气资源储量丰富，大力推进非常规油气高效开发对于缓解我国能源供需矛盾、保障国家能源安全意义重大。但非常规油气储层孔隙度和渗透率较低，必须进行储层改造才能实现商业化开发。近年来水力压裂技术取得了长足进步，大大加快了非常规油气开发进程，同时也面临着一系列挑战，如水资源消耗大、储层污染、返排液难处理等。超临界CO₂ 流体黏度低、扩散系数高、表面张力接近零，具有许多独特的物理和化学性质，自20 世纪初被引入钻完井工程中后，表现出了诸多优势。超临界CO₂ 压裂易使储层形成复杂裂缝网络，同时不会引起储层黏土膨胀，储层压裂改造效果好；此外，CO₂ 吸附性强，能够在置换吸附态的甲烷分子，提高产量和采收率的同时，实现CO₂ 永久封存。因此，超临界CO₂ 压裂技术被认为是一种具有广阔应用前景的新型无水压裂技术。
超临界CO₂ 射流剖面的速度矢量图与压力云图
水射流与超临界CO₂ 射流破岩效果对比图
在我国CO₂ 排放日益增加、主要油气产区水资源短缺的背景下，中国石油大学（北京）王海柱教授及其研究团队率先提出超临界CO₂ 压裂增产新方法，并在国家重点基础研究发展计划(简称973计划)、国家自然科学基金重点国际(地区)合作研究项目、国家自然科学基金国际(地区)合作研究与交流项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金项目(2014CB239203, 51210006, 41961144026, 51922107, 51874318, 51304226)等的资助下，历经十余年持续研究，坚持“创新原理—参数设计—矿场试验—推广应用”的研究思路，形成了非常规油气储层改造与增产特色技术，取得了非常规油气绿色“无水”增产技术的突破，在超临界CO₂ 流体特性与射流基础、超临界CO₂ 喷射压裂基础等方面取得了较系统的理论研究成果。
《超临界CO₂压裂基础》（王海柱等编著. 北京：科学出版社，2024.3）一书是在沈忠厚院士和李根生院士的指导下，对十几年来研究工作的成果总结。全书共九章，系统总结了作者及其研究团队在超临界CO₂ 压裂基础理论研究方面的最新成果，覆盖了超临界CO₂ 压裂技术中喷射压裂井筒流动与控制、射流破岩与孔内增压、压裂起裂机理、支撑剂输送和现场应用实例等内容，以图表、数据等形式，生动地阐述了超临界CO₂ 压裂技术各个环节相关的基础理论。
第一章介绍了超临界CO₂ 流体的物理性质及密度、黏度、导热系数等参数的计算方法；
第二章介绍了超临界CO₂ 喷射压裂井筒流动与控制；
第三章通过数值模拟和室内试验的研究方法，阐述了超临界CO₂ 射流及破岩特性；
第四章采用理论分析、数值模拟与室内试验相结合的研究方法，介绍了超临界CO₂磨料射流特性；
第五章研究了超临界CO₂ 喷射压裂孔内增压机理，分析了关键参数对孔内增压和环空封隔效果的影响规律；
第六章通过研究超临界CO₂ 与储层岩石相互作用机制等阐述了超临界CO₂ 压裂起裂机理；
第七章阐述了超临界CO₂ 压裂过程中水平环空超临界CO₂ 携砂运移特性和规律；
第八章研究了平直和复杂裂缝内携砂机理及规律；
第九章以陕西延长石油(集团)有限责任公司(简称延长石油)一口试验井为例对超临界CO₂ 压裂技术的现场施工工艺进行了介绍，并针对存在的问题给出了相应的解决对策。
本书第一章由王海柱撰写，第二章由王海柱和李小江撰写，第三章由田守嶒和贺振国撰写，第四章由王海柱和贺振国撰写，第五章由李根生和程宇雄撰写，第六章由王斌和杨兵撰写，第七章由王海柱和陆群撰写，第八章由王海柱和郑永撰写，第九章由王海柱撰写。全书由李根生院士统筹指导，王海柱统稿。
本书可供从事储层压裂改造，碳捕集、利用与封存及其他石油工程领域相关专业的高等院校师生、科研人员和工程技术人员参考，希望能对从事这一领域的科研工作者有所启示。
本文摘编自《超临界CO₂压裂基础》（王海柱等编著. 北京：科学出版社，2024.3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-077981-6
责任编辑：万群霞 崔元春
（本文编辑：刘四旦）
原创好读 科学品位
科学出版社 视频号
硬核有料 视听科学
