液化石油气（LPG）压裂技术是一种新兴的无水压裂技术，由加拿大Gasfrac EnergyServices研发，2011年在世界页岩气大会上获得首次设立的年度“世界页岩气奖”，2012年又获得美国《勘探与生产》杂志评选的增产技术创新奖，2013年被美国《时代周刊》评选为年度25项最佳发明。该技术采用液化丙烷、丁烷或二者的混合液作为压裂介质进行储层压裂，相对清水压裂是个突破。

1 液化石油气（LPG）压裂技术应用现状

        gasFrac公司是北美地区LPG压裂的骨干服务公司，截至2013年12月，已在700多个作业现场实施2300多次增产作业，对超过75个不同地层进行过增产处理，包括油层、气层和凝析油气层，主要在加拿大西部、美国的得克萨斯州和科罗拉多州等地区。最大型作业规模为800t支撑剂压裂，最高作业压力90MPa，丙烷处理率达8m³/min，支撑剂浓度达1000kg/ m³，最大作业深度4000mTVD，最多一口井压裂22段，地层温度12～150℃，已为Apache、Royal Dutch Shell、Chevron、Husky Energy、Devon Corporation、Murphy Oil和Pennwest Energy等50多家国际油气公司提供服务。

2. LPG压裂装备与工艺

2.1 压裂装备及地面流程

        LPG压裂系统由气体凝胶系统、氮气密闭系统、混配系统(凝胶与支撑剂)、压裂注入系统、远程监控系统(风险控制)、气体回收系统组成。设备除常规压裂设备外，需要添加LPG压裂液储运、泵注及控制等设备。施工的时候全程封闭，先将气体液化到凝胶状态，加入支撑剂完成混配后以远程红外监控压裂。

        初始流动期间，需要除砂器、两个管线加热炉、分离设备及放喷设备。管线加热炉可以让液态丙烷完全干燥，并使所有杂质脱离，包括已经返排出来的压裂砂。这保证了无液态丙烷进入放喷塔放喷或直接进入现场的液体储罐，便于以后压裂作业中继续重复利用，在以后的应用中，采用丙烷回收系统将丙烷重新转换为液态，不需要重复利用时也可以引出井场点火烧掉。

2.2 压裂工艺步骤

        LPG压裂施工工艺流程也与水力压裂有所不同。在试压阶段，需要先将支撑剂添加到密闭容器中，然后利用氮气循环整个管汇系统，检查系统密封性，隔断LPG与空气的接触，防止燃爆。

        根据不同比例丙烷与甲烷混合物相图和具体井温来优化混合气体的组分，可以充分利用现场天然气来降低成本，井温过高的还可以与柴油混合，这样更容易转变为超临界流体。在压裂阶段，首先向支撑剂容器注入LPG，并利用氮气加压，通过压力、温度控过稠化的LPG混合压裂液；利用压力泵对井筒加压，直到储层启裂；打开支撑剂阀门，将搅拌均匀的携砂液注入井筒，进行裂缝延伸铺砂，支撑剂含量一般为50%。待注入量达到了设计规模，停泵，关井。注入过程中，随着LPG温度的升高，黏度会降低，因此要做好设备、材料的充分准备，控制好施工的时间，确保压裂的成功率。

        在压裂液返排阶段，首先利用氮气来清理地面管线，然后放喷返排压裂液。由于压力的下降和储层热量的吸收，LPG压裂液汽化后即破胶，不需要抽汲装置，利用自身的膨胀就能返回到地面管线。

        采用丙烷压裂时，仅有的返排花费是在流动初期的24h内，当从井中产出的是100%丙烷时，必须采用有限的返排设备助其放喷，之后，气体相对密度大概从1.5下降到1.0左右，此时就可以将井内流体导引至采气厂进行处理或销售。大多数情况下，返排开始的前5d内，丙烷含量就会小于10%的浓度。

3. LPG压裂技术的优势和存在的问题

3.1 LPG压裂技术的优势

        LPG压裂液的使用基本上避免了压裂施工过程中水的使用，因此与水基压裂液相关的水敏、盐敏、润湿性反转等储层伤害可以完全消除。LPG压裂液的黏度可以使支撑剂完全悬浮，避免了普通压裂液由于黏度太低造成的支撑剂沉积现象。与水力压裂液相比，LPG 压裂液具有黏度低、表面张力低，与储层流体完全兼容、可再利用等特点。有效地克服了水基压裂液储层污染严重、返排率低等缺点。同时，LPG压裂还避免了施工结束以后返排水基压裂液的处理工作，消除了压裂液对于环境的影响，具有较好的环境效益。与水力压裂技术相比，LPG压裂技术中的有效裂缝长度长，大大提高了油气的单井产量和最终采收率。室内数值模拟结果和现场实际生产数据都表明，LPG压裂技术的增产效果要明显优于同等规模水力压裂施工的增产效果。

3.2 LPG压裂存在的问题

        首先是LPG比水的成本要高，而且美国工业界已经建立了较为完善的水力压裂作业体系，生产商缺乏技术替换的动力。其次是该技术尚不成熟，其安全性还有待检验。由于LPG常温常压下属于易燃易爆气体，因此在施工过程中的压裂液储罐、管线、阀门、泵等都需要适应LPG 的特性而特殊设计。整个压裂过程是一个闭环系统，在施工过程的各个阶段，储罐与管线中都有很高的压力，施工的各个流程都需要严谨的防火防爆安全设计。2011年1月，在加拿大阿尔伯塔省一个采用LPG压裂技术的开采现场发生了一起火灾，三名工人被烧伤。Gas Frac公司表示未被检测到的LPG泄漏是该起事故的罪魁祸首。现在，Gas Frac公司正不断改进技术并完善安全标准，同时也希望到那些对环境和水资源要求高的页岩气产地进行作业。

4. 结论与建议

（1）LPG压裂技术基本不需要水，也无须投入资金处理废水，极大地缓解了环境和水资源压力，杜绝了产层损害，是压裂技术发展的新方向。

（2）LPG压裂技术的压裂液返排率高、有效裂缝长度长，且压裂液可以和储层流体完全兼容，大大提高了油气的单井产量和最终采收率。

（3）液化石油气属高危气体，可燃性强，安全防爆问题非常关键，需进行严格监测，及时有效的处理，这将是该项技术得到大范围推广的必要前提。

（4）在水源相对匮乏地区的储层、水敏性较强的储层以及低压、低渗储层都应大胆尝试该项技术。

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