國內外高能氣體壓裂技術的運用概況及獨特優勢

蔣林宏，王敉邦，張　梅（中國石油大學（北京），北京　102249）

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國內外高能氣體壓裂技術的運用概況及獨特優勢

蔣林宏，王敉邦，張梅
（中國石油大學（北京），北京102249）

摘要：高能氣體壓裂技術經過一百多年的發展取得了巨大進展，雖然在作用機理和測試手段方面研究還存在不足，但在國內外各類型油田中得到了大量應用并取得了很多經驗，具備了單獨施工、與射孔或酸化聯作施工等多種運用形式。本文論述了高能氣體壓裂技術的發展歷程和運用情況，列舉了高能氣體壓裂技術在國內外陸地常規油田以及深井、氣井、近水儲層和海上油田的運用實例，分析了高能氣體壓裂技術在不同條件下取得成功的原因。基于高能氣體壓裂技術施工成本低、形成的裂縫長度適中、對儲層幾乎無污染的特點，指出了高能氣體壓裂技術在我國深井、近水儲層和海上油田儲層改造中具有獨特的優勢和廣泛的運用前景，應該在我國西部、西南和海上油田進行大力推廣。

關鍵詞：高能氣體壓裂；發展歷程；運用情況；獨特優勢；前景

高能氣體壓裂是一種利用火（炸）藥在短時間內燃燒產生的沖擊波和高溫高壓氣體來壓裂地層，從而改善井筒附近地層滲流能力的技術。高能氣體壓裂技術在深井、近水儲層和海上油田使用具備獨特的優勢，但地下情況的復雜及測試手段的限制使得其在機理研究方面還非常欠缺，這一缺點制約了其進一步推廣[1-6]。盡管如此，該技術的施工工藝已經很成熟并且在國內外各個種類的油藏和井型中有廣泛運用。面對當前低油價的形勢，低成本的高能氣體壓裂技術與水力壓裂相比展現出了更大的優勢，具有很好的運用前景。所以了解該技術在不同地區、不同井型中的運用情況和優勢對其研究、運用和市場把握都有重要意義。

1　發展歷程簡述

高能氣體壓裂技術最早于19世紀60年代出現在美國，后來以美國和前蘇聯兩個國家為中心，向全世界擴散。最開始技術人員采用TNT等猛炸藥對儲層實施爆炸壓裂，但因爆炸對井筒和地層的破壞太大而逐漸被淘汰，取而代之的是使用硝化棉等火（炸）藥的爆燃來實施高能氣體壓裂[7]。近年來還出現了濃稠硝基甲烷炸藥、液體推進劑等一系列爆燃更穩定、更加安全、更高效的高能火藥[8，9]。在施工形式上從以往的推進劑單獨施工，發展到了目前的高能氣體壓裂與射孔復合技術、高能氣體壓裂與水力及酸化復合技術、“爆炸松動”增產技術、液體藥高能氣體壓裂技術和袖套式復合射孔壓裂技術等[10]，不同的技術能夠適應不同的油藏類型和井型，為高能氣體壓裂的推廣提供了強大動力。

我國在此方面的研究與應用工作稍晚于美國，自1985年西安石油學院與西安近代化學所在國內開展高能氣體壓裂的研究與推廣以來，國內已經發展出一項基本成熟的、在各油田應用中取得了良好經濟效益的、正在向綜合性壓裂發展的油氣層改造增產新技術。無殼彈高能氣體壓裂技術在全國各油田均得到了推廣應用，近年來高能氣體壓裂單獨使用已經很少[11]，而與射孔、水力壓裂和酸化的聯作技術，在各個油田都得到了較普遍的推廣。目前高能氣體壓裂技術在我國的運用已經擴展到了深井和海上油氣井。

2　高能氣體壓裂國內外運用現狀

2.1國外運用情況

有文獻指出，截止2012年，美國、加拿大、俄羅斯、歐洲、非洲、拉丁美洲和中東地區的高能氣體壓裂施工井數有8 000多口，運用井型也包含了油井、氣井、注水井甚至煤層氣井[12，13]，儲層類型包含從低滲到高滲的砂巖、頁巖和灰巖等[14]。國外一般都將高能氣體壓裂與射孔聯作，用做水力壓裂之前采取的降低井筒周圍壓力損失的輔助措施[15]，或者是礫石充填井的解堵等[16]。裝藥方式大多為槍外裝藥（袖套式藥柱），用該裝藥方式的主要原因是能夠在確保射孔槍能夠裝載足夠多射孔彈的同時保證推進劑的量足夠大[17，18]，而且可以減小射孔對地層的污染[19]，部分地區的運用效果（見表1）。

由表1可以看出，高能氣體壓裂在各個地區的各類型井都有成功的運用案例。更多的統計數據表明，以復合射孔為主的高能氣體壓裂技術在國外約四分之三的運用集中在美國、加拿大和中東地區[20，21]。筆者認為如此廣泛的運用主要歸功于該技術不受場地限制，施工簡單，設備投入少，作業時間短，無需支撐劑，成本低廉的優勢。而在重油油藏中的運用之所以能夠取得良好的效果，歸功于火（炸）藥爆燃產生的高溫高壓氣體和儲層發生物理、化學作用，在壓開地層的同時可以進一步改善儲層流體性質、對儲層污染很小。

表1　國外部分代表地區運用效果

2.2國內運用情況

2.2.1陸地油田淺井、中深井應用情況高能氣體壓裂技術在國內大慶、長慶等陸地油田上萬口井中進行了應用，且運用的大多數井都屬于淺井和中深井。例如近三年，該技術已在長慶油田、延長油田、吉林油田服務1 000余井次，大多都取得了明顯的效果，有效率達到80 %以上。濮城油田5口井的施工實施結果表明：單井增產倍數為2.1，成功率為80 %；寶浪油田12口井的工藝一次成功率100 %，有效率85 %，增產幅度1～3倍，有效期3個月左右，其中注水井實施該技術壓裂后比解堵之前增注平均30 %以上，油井解堵效果平均為12 %[22，23]。

2.2.2深井應用情況目前國內高能氣體壓裂施工在深井中的施工比較少，但隨著我國陸上油田逐步向低滲、深部儲層進軍，研究和優化深井高能氣體壓裂技術具有十分廣泛的前途，深井中運用實例也具備重要的參考價值。部分深井運用實例（見表2）。

表2　國內部分深井高能氣體壓裂實施情況

從表2不難看出，高能氣體壓裂技術在深井中的運用依然可以達到較好的效果，而統計表明我國的深井大多都位于西北、西南、新疆等自然環境惡劣、交通不便、缺水的地區。在這樣的條件下，該技術設備簡單、不用支撐劑、液體用量少的特點能夠大大減少起、下管柱次數和運輸成本，在我國深井中的運用能夠體現出很大的優勢。

2.2.3近水儲層改造爆燃壓裂應用情況由于高能氣體壓裂產生的裂縫條數多，長度延伸有限，其在近水儲層改造方面有巨大的優勢，實際運用中也取得了很好的效果。例如，長慶底水油層油藏具有邊底水活躍，天然能量充足的特點，而2000年5月對長慶吳起油田20口底水油帽油層油井進行爆燃壓裂試驗，施工成功率100 %。隨后該技術在勝利山、寨子河、鐵邊城、長官廟等油區推廣，截止2008年底累計施工1 238井次，工藝成功率95 %。2009年在長慶油田的Y8，長3，長2，長9層底水油藏共實施爆燃32井次，其中探井12井次，生產井20井次，最高產液53.29 m3/d，最高產油量14.3 m3/d，控制底水有效率81.25 %，見效率93.75 %。同時爆燃壓裂在隴東地區的底水油藏進行了14口井的應用試驗，有效率達78.6 %。部分地區控制底水措施情況（見表3）。

表3　隴東地區的底水油藏爆燃壓裂施工情況

由表3可以看出，不同于水力壓裂，高能氣體壓裂技術在近水儲層中的使用在提高產液量的同時并沒有使含水量猛增，這歸功于高溫高壓氣體適當的作用范圍。據統計，高能氣體壓裂產生的輻射狀裂縫的長度絕大多數在十米以內，這些裂縫在大大提高地層滲流能力的同時又不會溝通水層，而水力壓裂產生的長裂縫很容易溝通水層，使得油井被水淹。所以，高能氣體壓裂技術在近水儲層改造方面具備獨特的優勢和寬廣的運用前景。

2.2.4氣井中應用情況國內高能氣體壓裂在氣井中應用較少，機理研究也相對較弱，但我國具有豐富的天然氣資源，研究和優化氣井高能氣體壓裂技術具有重要意義。目前在吉林油田、中原油田和川南、川西油田中有氣井的應用[24]，尤其是在四川取得了良好的效果，四川部分地區應用情況（見表4）。

由表4可以看出，使用的火藥量比較大，原因是四川氣井都是3 000多米的中深井，儲層物性較好，火藥用量太少的話產生的高溫高壓氣體會被底層吸收，大大降低其壓裂底層和解堵的能力。其次產氣層的物性大多比油層的差，容易被堵塞，而高溫高壓氣體處理地層后不會留下殘渣、不用支撐劑的特性可以避免堵塞氣層。

表4　國內部分氣井爆燃壓裂實施情況

2.2.5海上應用情況與陸地油田相比，高能氣體壓裂技術在海上油田的使用在國內非常少，主要是出于運輸和平臺施工安全方面的考慮。然而水力壓裂也并沒有在海上油田得到廣泛的使用，主要原因是海上水力壓裂的成本比陸地上高得多，而隨著施工技術和火藥配方的改進，高能氣體壓裂技術的安全性大大提升，這使得該技術在海上擁有廣闊的運用成為可能，也就決定了高能氣體壓裂在海上油田具備很大的成本優勢。近年來，高能氣體壓裂技術在中國海上油田已成功應用兩井次，2014年5月12日，在南海東部某油田A井進行首次高能氣體壓裂作業；2015年4月28日到29日，該油田B井也進行了高能氣體壓裂作業。其中A井施工后產液量由0提高到了67桶/天，B井產液量由410桶/天提升到了1 115桶/天。

3　小結

（1）雖然高能氣體壓裂技術的作用機理和測試手段研究還存在一些不足，但其在國內外各類油田的各種井型中都已經有了廣泛運用并且取得了很好的效果。

（2）目前高能氣體壓裂大多與射孔，酸化等措施復合施工，采用的壓裂藥劑安全性也有了較大的保障。

（3）在國內該技術因具備施工簡單，成本低廉，產生裂縫分布有效而且長度較短的特征，在深井，近水儲層，海上油田和偏遠地區油田中的使用展現出了獨特的優勢，具有寬廣的運用前景。

（4）因其不用支撐劑、對地層幾乎無污染的特征在氣井和敏感性較強儲層中的運用取得了良好的效果，也有很大的運用空間。總體而言，高能氣體壓裂的獨特優勢能夠彌補很多水力壓裂的缺陷，尤其是在上述幾種特殊的儲層和井型中，使用高能氣體壓裂可以取得很好的效果，是一種值得深入研究、值得大力推廣（尤其是在西部、西南和海上油田）的增產技術。

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Application and advantages of high energy gas fracturing at home and abroad

JIANG Linhong，WANG Mibang，ZHANG Mei
（China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract :During more than one hundred years' development，high energy gas fracturing （HEGF）has achieved great progress.Although there are still weaknesses on the research of HEGF's mechanism and methods of measurement, much field experience have been deposited and application methods such as single use,compound use with perforation and compound use with acidizing are accumulated.This paper discusses HEGF's historical development and overall application status, gives examples of HEGF's application in conventional onshore wells, deep wells, gas wells，near-water reservoirs and offshore fields at home and abroad, analyzes the reasons of success in diverse situations.Pointed out HEGF's unique advantages and broad prospect of application in deep wells, near-water reservoirs and off-shore fields based on HEGF's advantages of low cost, proper fracture length and nearly no pollution to reservoirs.Thus HEGF should be greatly generalized especially in the west,south west and offshore oil fields.

Key words：high energy gas fracturing；historical development；application status；unique advantages；prospect

作者簡介：蔣林宏，男（1991-），中國石油大學（北京）碩士，現從事油氣田開發理論與施工工藝方面的研究工作，郵箱：linhongjiang@yeah.net。

*收稿日期：2016－01-12

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.002

中圖分類號：TE357.11

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0006-05