低滲透油田壓裂技術(shù)及發(fā)展趨勢探討

程玉銀

（大慶采油七廠敖包塔作業(yè)區(qū)地質(zhì)隊，黑龍江 大慶 163517）

前言

目前，世界范圍內(nèi)低滲透油田資源十分豐富，分布非常廣泛。隨著能源需求的日益增加和勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，低滲透油田所起的作用、所占的比重將越來越大。

低滲透油田最基本的特點就是流體滲透能力差、產(chǎn)能低，一般需要進行增產(chǎn)改造才能維持正常生產(chǎn)。儲層改造可以解除、弱化鉆井、完井及生產(chǎn)作業(yè)造成的傷害，但改造措施本身也可能造成儲層傷害。如何減小儲層傷害，提高低滲透油田開發(fā)效果，是增產(chǎn)改造技術(shù)的重要發(fā)展方向。

1 壓裂的概念

所謂壓裂就是利用水力作用，使油層形成裂縫的一種方法，又稱油層水力壓裂。油層壓裂工藝過程是用壓裂車，把高壓大排量具有一定粘度的液體擠入油層，當把油層壓出許多裂縫后，加入支撐劑（如石英砂等）充填進裂縫，提高油層的滲透能力，以增加注水量（注水井）或產(chǎn)油量（油井）。常用的壓裂液有水基壓裂液、油基壓裂液、乳狀壓裂液、泡沫壓裂液及酸基壓裂液5種基本類型。

2 壓裂改造技術(shù)分析

壓裂改造技術(shù)是低滲透油田試油配套技術(shù)的核心組成部分，也是提高單井產(chǎn)量和增加可采儲量的關(guān)鍵技術(shù)，在低滲、特低滲油田的開發(fā)中具有極其重要地位。

2.1 開發(fā)壓裂技術(shù)

低滲透油藏開發(fā)壓裂技術(shù)是在整體優(yōu)化壓裂基礎(chǔ)上進一步拓展形成的。它以油藏工程與水力壓裂力學為基礎(chǔ)，以油藏數(shù)值模擬與壓裂裂縫模擬為基本手段，針對油藏特征進行地質(zhì)建模與水力裂縫建模，在開發(fā)方案編制初期就考慮就地應(yīng)力方位與水力裂縫的匹配關(guān)系，優(yōu)化組合開發(fā)井網(wǎng)與水力裂縫系統(tǒng)，提出低滲透油田獲得最佳開發(fā)效果的井網(wǎng)部署、水力裂縫系統(tǒng)設(shè)置及實現(xiàn)水力壓裂的實施方案。開發(fā)壓裂技術(shù)集成了近期國內(nèi)外水力壓裂與油藏工程發(fā)展的重要研究成果，為低滲透油藏的儲量動用與經(jīng)濟高效開發(fā)提供了新的途徑和手段。

2.2 整體優(yōu)化壓裂技術(shù)

低滲透油藏整體優(yōu)化壓裂技術(shù)是在單井優(yōu)化壓裂設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合系統(tǒng)工程及最優(yōu)化理論而提出的。它把整個油藏（區(qū)塊）作為一個研究單元，以其獲得最佳的開發(fā)效果為目標，在對油藏各參數(shù)進行覆蓋研究的基礎(chǔ)上，考慮既定井網(wǎng)條件下不同裂縫長度、導流能力對油井產(chǎn)量、油藏開發(fā)動態(tài)、采收率和經(jīng)濟效益的影響，從中優(yōu)化出最佳的裂縫尺寸和導流能力，并進行現(xiàn)場實施與評估研究，以不斷完善整體優(yōu)化壓裂方案。整體優(yōu)化壓裂技術(shù)研究的內(nèi)容包括：室內(nèi)試驗、裂縫模擬、油藏數(shù)值模擬、試井分析、現(xiàn)場測試、質(zhì)量控制和現(xiàn)場實施與監(jiān)測等。

目前，整體優(yōu)化壓裂技術(shù)已成為低滲透油田一項比較成熟的壓裂工藝技術(shù)，在國內(nèi)外油田得到推廣應(yīng)用。

2.3 低傷害壓裂技術(shù)

低傷害壓裂技術(shù)是近年來隨低傷害或無傷害壓裂材料的發(fā)展而建立起來的壓裂工藝集成技術(shù)，在低滲透油田的增產(chǎn)改造中應(yīng)用非常廣泛。低傷害壓裂技術(shù)的實質(zhì)就是從壓裂設(shè)計、壓裂施工，到壓后管理等各環(huán)節(jié)，采取措施最大限度地減小支撐裂縫、儲層的傷害，獲得最優(yōu)化的支撐縫長和裂縫導流能力。它的核心內(nèi)容是低傷害或無傷害的壓裂材料、壓裂液體系的開發(fā)。其技術(shù)要點有：(1)儲層傷害和裂縫傷害的定量模擬和實驗技術(shù)；(2)低傷害或無傷害壓裂液技術(shù)，如低稠化劑濃度壓裂液、低分子量壓裂液、清潔壓裂液、CO2泡沫壓裂液等；(3)工藝優(yōu)化技術(shù)，如支撐劑分布優(yōu)化技術(shù)（如前置液量優(yōu)化、頂替液量優(yōu)化、壓后返排策略優(yōu)化等）、壓裂液分段破膠優(yōu)化技術(shù)等。目前應(yīng)用較為成熟的低傷害壓裂技術(shù)有：液氮助排壓裂技術(shù)；清潔壓裂液壓裂技術(shù)；CO2泡沫壓裂技術(shù)；清水壓裂技術(shù)；低稠化劑濃度壓裂技術(shù)等。

2.4 重復(fù)壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)是低滲透油藏改造的主要措施，但經(jīng)過水力壓裂后的油氣井，在生產(chǎn)過程中由于種種原因可能導致水力裂縫失效。對這類油井很自然就會采取重復(fù)壓裂措施以保證油藏穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提高油田采收率。國內(nèi)外常用的重復(fù)壓裂技術(shù)有：(1)疏通、延伸原有裂縫。采用加大壓裂規(guī)模繼續(xù)延伸原有裂縫，或者提高砂量以增加裂縫導流能力。這是目前最通常的重復(fù)壓裂概念。為了獲得較長的增產(chǎn)有效期，必須優(yōu)化設(shè)計重復(fù)壓裂規(guī)模（液量、砂量）。(2)堵老縫壓新縫。采用一種封堵劑有選擇性地進入并有效封堵原有壓裂裂縫和射孔孔眼，再在新孔眼中進行壓裂開新縫或部分封堵老裂縫，在老裂縫縫面再開新裂縫，從而為側(cè)向油儲量提供通道。重復(fù)壓裂技術(shù)經(jīng)過50多年的發(fā)展，在儲層評估、選井選層新技術(shù)、壓裂液、壓裂井動態(tài)預(yù)測、重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向機理、重復(fù)壓裂優(yōu)化設(shè)計與工藝技術(shù)研究、裂縫診斷與效果評價等方面均取得了飛速的發(fā)展。特別是最近二十年來，隨著壓裂技術(shù)的不斷發(fā)展，重復(fù)壓裂技術(shù)在選井選層、裂縫轉(zhuǎn)向、定向射孔、轉(zhuǎn)向條件下的油藏模擬技術(shù)方面有了進一步的完善和發(fā)展，重復(fù)壓裂的單項技術(shù)有了很大進展，已成為老油田綜合治理、控水穩(wěn)油的關(guān)鍵改造技術(shù)。

2.5 高能氣體壓裂技術(shù)

高能氣體壓裂通過推進劑爆燃或化學燃燒，產(chǎn)生高速、高壓氣體脈沖，由炮眼作用于地層巖石上，壓開多條不受地應(yīng)力控制的輻射狀徑向裂縫。高能氣體壓裂不僅穿透近井地帶污染區(qū)，使油層導流能力大大提高，而且增加了溝通天然裂縫的機會。另外，高能氣體壓裂產(chǎn)生的壓力高于靜態(tài)破裂壓力，超出巖層的屈服極限而產(chǎn)生一些不可恢復(fù)的塑性變形，這種塑性變形使裂縫在閉合后能保持一定的殘余縫寬。同時，高能氣體壓裂破壞裂縫表面的晶粒結(jié)構(gòu)，形成部分巖石碎屑，這些碎屑在裂縫中起到支撐作用。高能氣體壓裂過程中火藥燃燒釋放出大量的熱能將井內(nèi)液體汽化，通過炮眼將熱量傳遞給地層，使其溫度升高，有效地清除井筒附近結(jié)蠟及瀝青膠質(zhì)堵塞。同時，高能氣體壓裂動態(tài)過程中，壓力變化是脈沖式的逐漸衰減過程，在井筒附近形成較強的水力沖擊波，對油層的機械雜質(zhì)堵塞起到一定的解堵作用。因此，通過高能氣體壓裂，可提高低滲透油層的導流能力，解除近井地帶污染，達到增產(chǎn)、增注的目的。高能氣體壓裂技術(shù)無需大型壓裂設(shè)備、壓裂液及支撐劑，具有施工作業(yè)方便快速、對地層傷害小（甚至無傷害）、作業(yè)費用低等優(yōu)點，適用于：天然裂縫發(fā)育的油層；污染或堵塞嚴重的油層；堅硬致密的油層；水敏、酸敏及碳酸鹽巖油層；其他增產(chǎn)措施的預(yù)處理及綜合壓裂；有些井隔層太薄，擔心水力壓裂壓竄，可采用高能氣體壓裂。高能氣體壓裂技術(shù)在低滲透油藏增產(chǎn)改造中發(fā)揮出一定的作用，但由于壓裂作業(yè)時峰值壓力高，易造成套管損壞等問題，目前大規(guī)模推廣應(yīng)用受到限制。

3 壓裂技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前，世界上應(yīng)用比較多、比較先進的壓裂工藝有重復(fù)壓裂、分層壓裂、復(fù)合壓裂和二氧化碳泡沫壓裂。 近10來年，各國油田對水平井壓裂技術(shù)在投入了很大研發(fā)精力后取得了進展，壓裂技術(shù)向水平井發(fā)展是一個趨勢，而水平井壓裂對軟件的設(shè)計要求則更為精確。

根據(jù)各個油層地質(zhì)性質(zhì)和力學性質(zhì)的不同，應(yīng)用Notel-Smith曲線形成壓裂壓力解釋的模式，就可以對多層的壓裂描述得更準確，建立起全三維模型。有了這樣一個更復(fù)雜、更精確的工具軟件，就可以對壓裂難度很大的井，特別是水平井進行壓裂設(shè)計優(yōu)化，能更好地指導壓裂施工，并提高壓裂成功率。

壓裂不僅僅是提高產(chǎn)量的技術(shù)手段，它還是提高石油采收率的一個重要措施。世界上很多油田從開發(fā)設(shè)計時，將壓裂作為一種更好的油田開發(fā)和采油手段。壓裂技術(shù)正在逐步使油田開發(fā)走向一個新的階段。

[1]朱秀峰，侯維前.低滲透薄互層限流壓裂工藝技術(shù)[J].2007.

[2]吉德利,水力壓裂技術(shù)新發(fā)展[M].石油工業(yè)出版社，1995.

[3]李陽等.低滲透油藏壓裂液的研制及應(yīng)用[J].特種油氣藏，2006年01期.