低滲透油田壓裂技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)探討

程玉銀

（大慶采油七廠敖包塔作業(yè)區(qū)地質(zhì)隊(duì)，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(lái)越大。

低滲透油田最基本的特點(diǎn)就是流體滲透能力差、產(chǎn)能低，一般需要進(jìn)行增產(chǎn)改造才能維持正常生產(chǎn)。儲(chǔ)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(chǔ)層傷害。如何減小儲(chǔ)層傷害，提高低滲透油田開(kāi)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(chēng)油層水力壓裂。油層壓裂工藝過(guò)程是用壓裂車(chē)，把高壓大排量具有一定粘度的液體擠入油層，當(dāng)把油層壓出許多裂縫后，加入支撐劑（如石英砂等）充填進(jìn)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(lèi)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(chǔ)量的關(guān)鍵技術(shù)，在低滲、特低滲油田的開(kāi)發(fā)中具有極其重要地位。

2.1 開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)

低滲透油藏開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)是在整體優(yōu)化壓裂基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展形成的。它以油藏工程與水力壓裂力學(xué)為基礎(chǔ)，以油藏?cái)?shù)值模擬與壓裂裂縫模擬為基本手段，針對(duì)油藏特征進(jìn)行地質(zhì)建模與水力裂縫建模，在開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)效果的井網(wǎng)部署、水力裂縫系統(tǒng)設(shè)置及實(shí)現(xiàn)水力壓裂的實(shí)施方案。開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)集成了近期國(guó)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(chǔ)量動(dòng)用與經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)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(jì)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(gè)油藏（區(qū)塊）作為一個(gè)研究單元，以其獲得最佳的開(kāi)發(fā)效果為目標(biāo)，在對(duì)油藏各參數(shù)進(jìn)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(zhǎng)度、導(dǎo)流能力對(duì)油井產(chǎn)量、油藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)、采收率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，從中優(yōu)化出最佳的裂縫尺寸和導(dǎo)流能力，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與評(píng)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(yàn)、裂縫模擬、油藏?cái)?shù)值模擬、試井分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、質(zhì)量控制和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與監(jiān)測(cè)等。

目前，整體優(yōu)化壓裂技術(shù)已成為低滲透油田一項(xiàng)比較成熟的壓裂工藝技術(shù)，在國(guó)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(lái)隨低傷害或無(wú)傷害壓裂材料的發(fā)展而建立起來(lái)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(shí)質(zhì)就是從壓裂設(shè)計(jì)、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(chǔ)層的傷害，獲得最優(yōu)化的支撐縫長(zhǎng)和裂縫導(dǎo)流能力。它的核心內(nèi)容是低傷害或無(wú)傷害的壓裂材料、壓裂液體系的開(kāi)發(fā)。其技術(shù)要點(diǎn)有：(1)儲(chǔ)層傷害和裂縫傷害的定量模擬和實(shí)驗(yàn)技術(shù)；(2)低傷害或無(wú)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?jī)?yōu)化、頂替液量?jī)?yōu)化、壓后返排策略?xún)?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(guò)水力壓裂后的油氣井，在生產(chǎn)過(guò)程中由于種種原因可能導(dǎo)致水力裂縫失效。對(duì)這類(lèi)油井很自然就會(huì)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(guó)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(dǎo)流能力。這是目前最通常的重復(fù)壓裂概念。為了獲得較長(zhǎng)的增產(chǎn)有效期，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jìn)入并有效封堵原有壓裂裂縫和射孔孔眼，再在新孔眼中進(jìn)行壓裂開(kāi)新縫或部分封堵老裂縫，在老裂縫縫面再開(kāi)新裂縫，從而為側(cè)向油儲(chǔ)量提供通道。重復(fù)壓裂技術(shù)經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，在儲(chǔ)層評(píng)估、選井選層新技術(shù)、壓裂液、壓裂井動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向機(jī)理、重復(fù)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)研究、裂縫診斷與效果評(píng)價(jià)等方面均取得了飛速的發(fā)展。特別是最近二十年來(lái)，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(jìn)一步的完善和發(fā)展，重復(fù)壓裂的單項(xiàng)技術(shù)有了很大進(jìn)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(guò)推進(jìn)劑爆燃或化學(xué)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(kāi)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(dǎo)流能力大大提高，而且增加了溝通天然裂縫的機(jī)會(huì)。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(shí)，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(guò)程中火藥燃燒釋放出大量的熱能將井內(nèi)液體汽化，通過(guò)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(shí)，高能氣體壓裂動(dòng)態(tài)過(guò)程中，壓力變化是脈沖式的逐漸衰減過(guò)程，在井筒附近形成較強(qiáng)的水力沖擊波，對(duì)油層的機(jī)械雜質(zhì)堵塞起到一定的解堵作用。因此，通過(guò)高能氣體壓裂，可提高低滲透油層的導(dǎo)流能力，解除近井地帶污染，達(dá)到增產(chǎn)、增注的目的。高能氣體壓裂技術(shù)無(wú)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(duì)地層傷害小（甚至無(wú)傷害）、作業(yè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，適用于：天然裂縫發(fā)育的油層；污染或堵塞嚴(yán)重的油層；堅(jiān)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(dān)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(shí)峰值壓力高，易造成套管損壞等問(wèn)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(shì)

目前，世界上應(yīng)用比較多、比較先進(jìn)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(lái)年，各國(guó)油田對(duì)水平井壓裂技術(shù)在投入了很大研發(fā)精力后取得了進(jìn)展，壓裂技術(shù)向水平井發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì)，而水平井壓裂對(duì)軟件的設(shè)計(jì)要求則更為精確。

根據(jù)各個(gè)油層地質(zhì)性質(zhì)和力學(xué)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(duì)多層的壓裂描述得更準(zhǔn)確，建立起全三維模型。有了這樣一個(gè)更復(fù)雜、更精確的工具軟件，就可以對(duì)壓裂難度很大的井，特別是水平井進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化，能更好地指導(dǎo)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(gè)重要措施。世界上很多油田從開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，將壓裂作為一種更好的油田開(kāi)發(fā)和采油手段。壓裂技術(shù)正在逐步使油田開(kāi)發(fā)走向一個(gè)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(yáng)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.