水力壓裂在油氣田勘探開發中的運用之研究

夏玉磊 蘭建平 詹勇

（1中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710018）（2中國石油集團二氧化碳壓裂增產研究室，陜西 西安 710018）

水力壓裂在油氣田勘探開發中的運用之研究

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（1中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710018）（2中國石油集團二氧化碳壓裂增產研究室，陜西 西安 710018）

在油氣田勘探開發中，水力壓裂技術被認為是一項重要的配套技術，其在保持油氣田穩產增長上發揮了重要的作用。在本文，筆者主要探究油氣田勘探開發中水利壓裂技術的運用。

油氣田；勘探；開發；水力壓裂

水力壓裂是在油氣井中高壓泵入數百萬加侖的壓裂液，用以在儲層中鑿縫。自1947年首次于美國應用以來，水力壓裂技術現已在全球得以廣泛應用，且在油氣田勘探開發中起到了十分重要的作用。在油氣田勘探開發中，目前以多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂、同步壓裂及重復壓裂等水力壓裂技術較為常用，具體如下：

1 、多級壓裂

多級壓裂是一項先用限流技術或封堵球分隔儲層的不同層位、再分段壓裂的技術。多級壓裂具有目標明確、增產效率高的優點，因為其可按儲層的含氣性，先對同一井眼的不同位置開展針對性的分段，再單獨進行壓裂。目前，多級壓裂劃分為滑套封隔器分段壓裂、水平井多級可鉆式橋塞封隔分段壓裂兩種，其中前者的成本低、作業時間短，但工藝較為復雜；后者可快速鉆掉橋塞，從而縮短了地層上液體的停留時間及減輕了其對地層的損害，但要求控制好封隔器與滑動套管的安全性和可靠性。

2 、清水壓裂

清水壓裂是先用含必要表面活性劑、黏土穩定劑和減阻劑的水力壓裂液代替凝膠壓裂液，再在裂隙網絡中運入壓力支撐劑，從而保證了裂隙長度，減小了對地層的傷害，節約了3/10的成本。目前，常用的清水壓裂是混合的清水壓裂，或稱減阻水壓裂，即在傳統的清水壓裂液中添加支撐劑、減阻劑和凝膠等。研究表明，清水壓裂經巖石的天然裂隙注入壓裂液，且具有較高楊氏模量的巖石更易產生粗糙的節理，從而提高了裂隙的導流水平，表明清水裂隙適合在楊氏模量高、天然裂隙發育的巖石地層。另外，從巖石的滲透率來看，清水壓力的應用效果顯著。

3 、水平噴射壓裂

水平噴射壓裂是一項儲層改造技術，其利用了水射流的獨特性，并結合了水力壓裂與水力射孔技術，即：借助高壓、高速流體攜帶砂體射孔，開通井筒與地層間的通道，以增加流體的排量及打開地層裂隙。據此，水平噴射壓裂未用密封裝置，而是在多個位置上沿水平井進行連續、獨立的壓力改造。目前，水平噴射壓裂的常用工藝包括水力噴射酸化壓裂、環空壓裂和輔助壓裂等。研究表明，水平噴射壓裂技術的優點是定向射孔造縫、減少地層污染、無需封隔、施工操作簡單、效益高及周期短等；缺點是井下施工條件嚴苛即對水力噴射工具的要求高，從而制約了該項技術在油氣田勘探開發中的應用。

4 、重復壓裂

重復壓裂是一項在同一口井開展至少2次壓裂的技術。在油氣田勘探開發中，裂隙在初次壓開后易因裂隙閉合、固體顆粒堵塞和支撐劑破碎等原因引起裂隙導流能力降低，從而導致裂隙失效。對此，重復壓裂可重新壓開裂隙或使裂隙重新取向，其裂隙重新取向可繞開地層傷害區，并在儲層、高空隙壓力區與井筒間重新建立滲流通道，從而恢復低產能油氣井的原始產率及使其采收率得以提高。目前，國內外常用的重復壓裂技術包括層內壓出新裂隙、改向重復壓裂和延伸原有裂隙三種，注意重復壓力并非新的壓裂技術，應當理解為是一種壓裂作業工藝，其應用的關鍵點是合理選擇候選井。

5 、同步壓裂

同步壓裂是同時壓裂至少2口配對井，其基本原理如下：在高壓條件下，使支撐劑和壓裂液沿最短距離從一口井運移向另一口井，以擴大水力壓裂裂縫網的表面積及增加其密度，同時借助井間的連通性，提高工作區裂隙的強度和程度，以增加天然裂隙的連通率。2006年，美國Barnett頁巖中首先應用了同步壓裂技術。經過多年的實踐表明，在頁巖氣井中，同步壓裂可實現短期增產，且具有降低壓力成本、完井速度快及環境影響小等優點。

6 、應用討論

以頁巖氣開發為例。水力壓裂的原理如下：借助儲層的誘導或天然裂縫系統，在地層中高壓注入含添加劑的壓裂液，以擴大儲層裂隙網，同時使用支撐劑，以防在壓裂液返回后裂隙封閉，從而實現增產。由于裂縫系統是注入壓裂液的通道和氣體溢出的通道，因此水力壓裂的應用效果直接取決于儲層與壓裂液的配伍性。據此，頁巖水力壓裂的應用要求明確壓裂液配制、裂縫系統兩個關鍵因素。鑒于頁巖氣開采效益與天然裂隙發育直接相關，因此在頁巖氣水力壓裂中，盡量選取天然裂隙發育明顯的層位，以改善壓裂作業效果，同時天然裂隙可促進或抑制誘導裂隙的發展。另外，不僅僅是頁巖氣開發，在任何油氣田勘探開發的水力壓裂中，壓裂的最終效果都與壓裂液及其性能有關，其中以控制添加劑的類型、比重最為關鍵，即：按壓裂液返回、微生物活動、有機質與硅質的生成潛力、黏土含量、泵速及壓力等因素選擇壓裂液添加劑，同時要求注意下列事項：倘若儲層含有較多的水敏性礦物，則應增加防塌劑的占比，以防礦物溶解堵縫；對于一些淺井，應增加抗菌劑的占比，以控制微生物堵縫及清除腐蝕性產物。

結語：

綜上，在油氣田勘探開發中，水力壓裂技術是一項重要的配套技術，其實現了技術與生產過程的有機結合，從而提高了生產水平，加快了生產速度，減緩了綜合遞減率及增加了油氣的可采儲量。

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