低滲透油氣藏壓裂工藝技術

劉進龍，張　錦，李玉玉，朱亞林

（西北大學地質學系，陜西西安710069）

低滲透油氣藏壓裂工藝技術

劉進龍*，張錦，李玉玉，朱亞林

（西北大學地質學系，陜西西安710069）

隨著油氣勘探開發程度的提高，低滲透油藏開發在目前油田開發中占有越來越重要的位置。我國低滲透油氣田資源儲量豐富，近年來在我國石油探明儲量中，低滲透儲量占重大百分比，由此可見低滲油田開發是我國油氣開發的主力。然而低滲油氣藏開發難度大，有效便捷的開發手段主要是壓裂技術。介紹了一些目前國內外針對低滲油藏開發所采取的壓裂工藝技術。

低滲油氣藏；高能氣體壓裂；復合壓裂；前置酸壓裂

孔喉半徑小、填隙物含量高、高排驅壓力、泥質含量較高、低地層溫度、地層低壓、低滲透率和含油飽和度低是低滲油氣藏典型的特點，開發低滲油藏是一項比較困難的工作，壓裂是開發主要手段，但是壓裂技術不僅要考慮地層的復雜性，更要采取合理的壓裂液等與之匹配。目前科研工作者已經研究應用了多種壓裂工藝針對低滲油藏的開發。

1　水力噴射壓裂

水力壓裂是用地面高壓泵機組，用超出地層所能吸收的排量向井內泵入高粘度的液體，近而在井底憋起高壓，當該壓力達到巖石抗張強度后，就在井底產生裂縫。然后注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫繼續延伸并充填支撐劑。停泵后，由于支撐劑對裂縫的支撐作用，可在地層中形成足夠長、有一定導流能力的填砂裂縫。水力噴射壓裂裝置如圖1所示。

圖1　水力噴射壓裂裝置

2　高砂比壓裂技術研究

高砂比壓裂就是在裂縫內以大于10kg/m2的填砂濃度造成高導流能力的裂縫來提高壓裂的效果。該技術在低滲地層的增產改造和中高滲層與重復壓裂井的增產中具有實用性。由表1可見不同鋪砂濃度在不同閉合壓力下的導流能力（據劉鳳琴等，1995）。

高砂比壓裂效果是油流阻力減小，生產壓差降低，出砂減少。進而提高了產量和有效生產期。要造成高導流能力的裂縫，高砂比壓裂技術還需要一系裂配套技術。其中包括高壓完井、高攜砂能力的攜砂液、大量加砂技術等配套技術。其方法是由地層滲透率確定的裂縫導流能力和砂濃度,反過來確定地面加砂方案。

3　前置酸壓裂工藝技術

前置酸壓裂技術是提高低滲透油藏產能的一種重要手段。該技術是將砂巖酸化和加砂壓裂兩種技術結合起來，通過酸液溶蝕提高儲層滲透性，同時酸液可以抑制粘土礦物膨脹、溶解壓裂液濾餅及殘膠以及清洗支撐裂縫等來改善地層與裂縫及裂縫內連通性。前置酸壓裂增產效果明顯，目前在低滲油藏開發中應用比較廣泛。

4　轉向重復壓裂技術

表1　不同鋪砂濃度在不同閉合壓力下的導流能力（據劉鳳琴等，1995）

目前國內外重復壓裂技術方式有3種，即（1）原層內壓新縫；（2）延伸原裂縫；（3）轉向重復壓裂。

轉向重復壓裂是指將初次壓裂的人工裂縫完全封堵,在同層再次壓裂出一條新的人工裂縫。它能夠增加注采井網注入水的驅替體積,從而改變地層中孔隙壓力的分布規律,更好地開采剩余油；避免了原裂縫中破碎支撐劑對新裂縫導流能力的影響。在壓裂施工過程中，適時的向地層中加人工化學斬堵劑，隨壓裂液流向儲層阻力最小方向（原有人工裂縫或者高滲透地帶），在壓力差作用下交聯形成高強度的濾餅，封堵原有裂縫和高滲層段，在井底形成高壓空間來迫使儲層在縱向和平面上產生新裂縫，且產生的新縫方位與初次壓裂裂縫延伸方向不同，即人工裂縫發生轉向。該技術產生新的油氣流動通道和改變儲層原有流體滲流驅替規律、擴人了油氣層的泄油而積，最終提高了油井采收率。

5　高能氣體壓裂技術

高能氣體壓裂是一種利用火藥或火箭推進劑在井筒中產生大量高溫高壓氣體來壓裂油氣層，從而達到增產效果。其施工程序是將火藥下至目的層,由地面引燃，其關鍵是控制好高能氣體的最高壓力和升壓速度。升壓速度要慢于爆炸壓裂而快于水力壓裂,一般在1～100ms；同時,最高壓力限制在地層巖石屈服壓力以下。在井筒周圍產生多條裂縫,并且無破碎壓實帶,把天然裂縫與井筒連通進而達到提高油層導流能力的目的,同時又增大了與天然裂縫溝通的機會。參見圖2。

6　分級加砂壓裂工藝

分級加砂壓裂工藝即在前置液中加入粉砂和在不同階段攜砂液中加入支撐劑（石英砂）。

在前置液中加入低砂比的粉砂，砂比控制在10%～ 15%,這樣含砂液就會造成很強的水力切割作用，從而降低摩阻、減少壓裂中砂卡發生的可能性。同時，利用粉砂對微裂縫的封堵能力與暫堵劑配合，能夠提高暫堵成功率。攜砂液加支撐劑階段，主要特點是將攜砂液分為3個階段注入，并配以不同粒徑的石英砂，一、老裂縫壓開時注入粉砂作一級支撐劑；二、新裂縫產生時注入中砂作二級支撐劑；最后再注入粗砂作為三級支撐劑。這兩方面優勢互補，改善壓裂液通道、降濾以及防止壓后吐砂，提高了人工裂縫導流能力和延長重復壓裂有效期，對提高超低滲油藏的開發效果有一定的指導意義。

7　縫高控制壓裂技術

當油氣層很薄或上下為弱應力層，壓開的裂縫高度往往容易超出產層而進入隔層。裂縫垂向延伸不僅導致裂縫高度過大、裂縫長度減小，而且當裂縫延伸至鄰近含水層內時，會引起含水猛增，也就無法達到增產目的。對存在氣頂的油藏，也同樣存在著“引氣入井”的危險。目前控制縫高技術有人工隔層技術、冷卻地層控制縫高、注入非支撐劑控制縫高、變排量壓裂技術等。

近年來，多級注入下沉劑控縫高技術的發展已有顯著效果，解決了低滲生產油層之下有水層且隔層較薄的裂縫垂向控制難題，實現了縫高控制技術由靜態向動態的轉變。

8　分層壓裂工藝

目前國內外的分層壓裂工藝類型有投球法分層壓裂、不動管柱分層壓裂、橋塞分層壓裂、封隔器分層壓裂、連續油管分層壓裂、預制式分層壓裂、液體分層壓裂。分層壓裂是低滲油氣藏增產的一項重要工藝技術，提高非均質嚴重的縱向多產層改造程度，提高低滲層動用程度，充分發揮各層生產能力。

9　結束語

隨著壓裂工藝技術的不斷改造，人們在現有壓裂技術的基礎上不斷創新，新的壓裂技術也陸續應用于低滲油藏的開發中。各種復合壓裂工藝也不斷完善，如：高能氣體壓裂和水力壓裂相結合；新的復合工藝采用變粘度壓裂液,壓前預處理，變粒徑支撐劑組合和高砂比，高排量，快返排等一系列新技術等。這種優勢互補的復合工藝相信無論是在現在還是未來，都會成為低滲油藏開發的主力技術。

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TE34

B

1004-5716(2016)11-0028-03

2015-12-30

2016-01-02

劉進龍（1990-），男（漢族），山東濟寧人，西北大學在讀碩士研究生，研究方向：石油與天然氣工程。