千米地下油气开采工况复原到实验室——超临界二氧化碳携砂可视模型系统

近日，中国石油天然气股份有限公司的技术专家，专程来到江苏博锐思科研仪器有限公司，实地验收一台“大流量超临界二氧化碳携砂可视模型系统"。透过装置上整齐排开的8个蓝宝石大视窗，被加压至超临界状态的二氧化碳，正携着支撑剂在模拟裂隙中奔涌、铺展、运移——流动的每一个细节，在高压之下依然清晰可辨。技术专家反复核对着设备参数，几乎难以相信：眼前这台装置的运行工况，与地下数千米深处的压裂现场相差无几。

一、不忘初心，直面油气开发科研实验痛点

过去几十年，业界比较成熟的办法是水力压裂：把高压水裹着支撑剂打进储层，压开一条条裂隙，让油气顺着裂缝流出来。但水力压裂的代价越来越清晰——一口页岩气井动辄耗水数万立方米，在缺水地区根本"喝不起"；水的渗入还会伤害储层、污染地层，大量返排液的处理更是沉重的环保负担。

在众多替代介质里，超临界二氧化碳被寄予厚望：它黏度低、扩散快、流动性好，几乎不伤害储层，还能一物多用——既当压裂介质，又能在高温高压下换回可回收利用的二氧化碳。简单说，这是把环保、成本和采收率放在一起权衡的"绿色压裂"。而压裂体系的性能、外加剂的选择与携砂运移行为，直接决定了裂缝能否有效支撑、产量能否真正释放，唯有在接近真实的工况下反复评价，才能筛出真正可靠的方案。

然而，要把这种高温、高压、大流量的深地工况“搬"进实验室，一直是困扰油气科研的难题。工况复现不了，数据就会失真，压裂材料与外加剂的评价、优选便无从谈起。也正因如此，我们下定决心，要造一台真正“看得见、测得出、能复现真"的模拟系统。

二、告别“缩小版"，让地下工况完整走进实验室

过去，传统类似的模拟设备普遍的做法，是把地下环境、参数与模型按比例等比缩小，再在实验室里复现。这样的“缩小版"装置虽然可行，却难以避免误差：缩比带来的尺度效应，让流动规律与携砂行为偏离真实工况，研究者往往只能看到大致趋势，抓不住真实细节，更难以据此指导现场施工。

我们追求的，是另一条路——把地下工况原封不动地还原进实验室。为此，我们在几项关键指标上实现了跨越：

压力：传统装置最高约10MPa，本系统可达50MPa；

流量：传统装置约1L/min，本系统可达60L/min；

流速：传统装置约0.5m/s，本系统可达2m/s。

尤其值得一提的，是这“大流量"背后的巧思。要稳定输出60L/min的流量，按常规思路需要海量的二氧化碳，成本与储运都难以承受。我们通过巧妙设计，用较少的液态二氧化碳撬动真正的地下级大流量，实现60L/min的连续流量，兼顾了性能与经济性。压力、流量、流速三个维度同时向真实工况看齐，意味着每一次实验，都更贴近现场真景，得出的结论也更有说服力。

三、一路改进与尝试，创造性藏在细节里

把工况做到细致，并没有现成模板可循。我们在一次次改进与尝试中反复打磨，把参数一点点调稳，等工艺条件稳定后，测黏度、测携砂、测温度、测压力、测加量，再根据现场真实工况不断修正，逐步沉淀出这套系统独特设计。

其一，关键参数与地下一致。压力、流速、大流量均按真实工况设计，让实验室与现场之间，不再隔着“比例尺"。

其二，独特的送砂单元。携砂实验的命脉，在送砂环节。我们采用储砂罐加磁力耦合送砂装置的方案，通过磁力耦合传动带动绞龙，把砂粒平稳、连续地送入循环系统，加砂速度可达3L/min，既精准可控，又避免了高压下常规机械密封易泄漏的隐患。

其三，8个大视窗可视化。裂隙模型选用蓝宝石玻璃视窗，耐压50MPa、耐温200℃，其余结构采用2205不锈钢。8个大视窗，让研究者第一次能在接近真实的高压工况下，直观看到超临界二氧化碳携砂的全过程——如何铺砂、如何运移、砂床如何达到平衡，全程一目了然。

其四，多参数、多维度的测量与调整。系统可对温度、压力、黏度等地下参数进行实时测量与智能调整，自动采集数据，并建立“粘度—携砂—温度—压力—加量"关系模型，为材料评价与工艺优化提供完整依据。

四、主要技术参数

五、关于江苏博锐思

江苏博锐思科研仪器有限公司，是一家专注于石油科研检测分析仪器研发、生产与销售的专业企业，业务覆盖常规岩心分析、非常规油气实验装置、采收率及采油工艺研究等多个领域。公司已通过ISO 9001质量管理体系、ISO 45001职业健康安全管理体系与ISO 14001环境管理体系认证，并获得AAA资信等级认定。

多年来，公司坚持自主创新与严谨工艺，持续为众多油气科研院所提供稳定可靠的分析装备，并形成了从研发、生产到售后的一体化服务体系。这套“大流量超临界二氧化碳携砂可视模型系统"，正是公司在非常规油气方向持续攻关的又一成果。未来，我们将继续以扎实的技术与可靠的品质，助力中国油气科研与开发迈向新的台阶。