油田壓裂技術(shù)和壓裂液的優(yōu)化選擇探析

楊成武 武文艷

摘要：目前石油已經(jīng)成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡哪茉矗瑢?jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展具有重要的推動作用。石油作為不可再生能源，隨著開采量的不斷增大，原油儲量在日趨減少，產(chǎn)量也呈下降趨勢。壓裂技術(shù)已經(jīng)成為增加原油產(chǎn)量的一項重要措施，被各大油田廣泛應(yīng)用。如何選用選用最優(yōu)壓裂技術(shù)和使用最佳壓裂液，用最低成本實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化，已經(jīng)成為原油生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛關(guān)注的課題。本文擬就石油壓裂技術(shù)和壓裂液的優(yōu)化選擇提出自己的觀點和見解，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：石油；壓裂技術(shù)；壓裂液；優(yōu)化選擇

1.前言

石油壓裂技術(shù)是指在油氣開采過程中，利用水的作用力，人為使地層產(chǎn)生裂縫，改善油氣在地下的流動環(huán)境、流動速度和流動方向，進而增加油氣產(chǎn)量的一種技術(shù)手段。對常規(guī)開采油氣技術(shù)難以開發(fā)的低孔低滲透和復(fù)雜斷塊油氣田，采用壓裂技術(shù)開采油氣，是一種重要的技術(shù)手段和技術(shù)措施。

隨著科學(xué)技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，壓裂計算機軟件的開發(fā)應(yīng)用、單井優(yōu)化設(shè)計和DST技術(shù)、井溫監(jiān)測、壓力降監(jiān)測、無源地震監(jiān)測等自動化技術(shù)的應(yīng)用，壓裂液的研制應(yīng)用以及壓裂技術(shù)的進一步完善配套，壓裂范圍也從單井壓裂發(fā)展到區(qū)塊整體壓裂，壓裂深度也由淺層發(fā)展到4000多米以上的深層。油田壓裂技術(shù)為低滲透油田開發(fā)和增加單井油氣產(chǎn)量發(fā)揮了積極作用。

2.油田壓裂技術(shù)

2.1避射壓裂技術(shù)

避射技術(shù)是在油層的上部和下部各避射幾米，以有效防止壓開夾層，避射深度應(yīng)根據(jù)油層厚度決定。避射壓裂技術(shù)適用于油層埋藏深度3000米以下，油層聲波時差230-280?m/m，夾層聲波時差250-320?m/m，夾層軟油層硬，油層不易造縫；夾層泥巖層較薄，無法遮擋壓裂縫隙上下延伸，裂縫上下串嚴(yán)重的油井和區(qū)塊油田。

應(yīng)用避射壓裂技術(shù)要注意：第一，含油層巖性強度較大、泥巖夾層薄強度小的區(qū)塊或油井，應(yīng)采用取油層上部和下部分別避射技術(shù)。第二，正韻律地層避射技術(shù)，應(yīng)注意避射油層底部一定的厚度，由于該類型地層底部滲水率比較高，利用水做驅(qū)動力開發(fā)底部應(yīng)先做水驅(qū)程序，在實施壓裂技術(shù)過程中，首先要造縫并使裂縫深度逐漸下移，直至壓開較薄的泥巖隔層，以此增加油氣產(chǎn)量。

2.2專用壓裂封隔器保護套管技術(shù)

實踐中，利用油氣開采（油氣管+水力錨+專用壓裂封隔器）的管柱結(jié)構(gòu)技術(shù)，對油水井套管能夠起到良好的保護作用，延長使用壽命。壓裂封隔器應(yīng)安裝在靠近壓裂井段頂部的位置，避免損壞油井套管，導(dǎo)致套管斷裂飛出井筒，造成油井報廢。專用壓裂封隔器主要有：Y211-115、Y211-118、Y211-150等型號系列，以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。

2.3前置液預(yù)處理壓裂技術(shù)

前置液預(yù)處理技術(shù)適用于破裂壓力比較高的油井區(qū)塊，如注水井、深井、灰質(zhì)含量較高的地層條件下，在壓裂前可使用前置酸做預(yù)處理。前置液可使用含量為（12%HCI+3%HF）7-15m3的土酸，在壓裂前將其擠入，能夠有效降低4-6MPa破裂壓力。對于清除井壁附近的堵塞、改善滲漏通道、降低施工中的泵壓，前置酸液都具有良好的作用效果。

2.4柴油液氮降濾失和投球選壓壓裂技術(shù)

在某些低滲透油井或油田區(qū)塊，裂縫（細微裂縫）在不斷發(fā)育過程中，在壓裂施工中，壓力低于正常值，無抗張強度，油井含水上升速度快。對于此類地層結(jié)構(gòu)，施工中應(yīng)加入適量的柴油或液氮，能夠很好的降低壓裂過程中的濾失，地層原有裂縫的進液量減少，提高壓裂液的作用效率，達到良好的造縫效果。

投球選壓壓裂技術(shù)主要應(yīng)用于在一次壓裂作業(yè)過程中，壓開多個小層而采用的技術(shù)。主要運用啟泵投球技術(shù)或中頂投球技術(shù)，避免壓開夾層，效果比較理想。應(yīng)用此項壓裂技術(shù)，夾層聲波時差可比油層聲波時差大一倍，底部夾層的聲波時差可比油層的聲波時差大出165-185?s/m。在實踐中，夾層比油層軟的情況下可使用此項技術(shù)。

2.5限流壓裂技術(shù)

限流壓裂技術(shù)主要是通過對不同層段的射孔數(shù)目進行調(diào)整，使不同層段的油層具有不同的孔眼和壓差，在地面設(shè)備條件允許的情況下，亦可能的最大排量注入壓裂液，先壓開層段吸收大量壓裂液并產(chǎn)生比較大的炮眼摩阻，該層進液量逐步減少并迫使壓裂液分流進入其它油層，進而實現(xiàn)一次壓裂多個油層的目的。

炮眼摩阻△P的計算公式如下：

△p =

公式中：△p——炮眼摩阻MPa；

Q——排量m3/min；

P——壓裂液密度g/cm2；

N——炮眼個數(shù)；

D——炮眼直徑cm.

從上述公式可以看出，Q值越大，N值就越小，則△P值也就越大，該層所進入的壓裂液數(shù)量就會減少，層間壓裂的分配數(shù)量基本上由炮眼的數(shù)量加以控制。

除此之外，在實踐中，地應(yīng)力及裂縫檢測技術(shù)、Nolte壓降測量技術(shù)等也在壓裂施工中得以應(yīng)用。

3.壓裂液的研究與選擇

壓裂液的作用是將地層裂縫壓開，將支撐劑沿著地層裂縫輸入。壓裂劑性能的優(yōu)劣，直接影響壓裂效果和單井的產(chǎn)量。目前應(yīng)用最為廣泛的是水基壓裂液，油基壓裂液目前也得到了有效應(yīng)用。

3.1普通田菁壓裂液

普通田菁壓裂液屬于水基系列壓裂液，其特點是：低溫度下粘度比較高、攜砂能力比較強，摩阻低，貨源廣泛，價格低廉，現(xiàn)場配制方便，目前已在各油田得到廣泛應(yīng)用。

普通田菁壓裂液若與硼砂交聯(lián)，耐溫性能較低，只能用于井溫80°C以下的油井或取快，適用于淺井壓裂；如果與鈦（鋯）交聯(lián)，可耐高溫達150°C，比較適用于深井壓裂。但此種交聯(lián)前置液的用量較大，對底層的傷害程度也隨之增加，因此應(yīng)慎重選擇。

3.2羥丙基田菁壓裂液

羥丙基田菁壓裂液是將普通田菁中的半乳甘露聚糖與羥丙基在一定的化學(xué)條件下發(fā)生醚化反應(yīng)制得，交聯(lián)劑可選用有機鈦和硼砂。其特點是耐高溫（146°C以上），濾失小，攜砂能力強，摩阻低，破膠化水徹底，殘渣較低，對地層也會產(chǎn)生不同程度的傷害。

3.3鈦凍膠壓裂液

鈦凍膠壓裂液以聚丙烯酰胺為成膠劑，以有機鈦做交聯(lián)劑，其特點是：耐高溫，攜砂能力強，粘度比較高，抗剪切，保質(zhì)性能好，無殘渣，可有效防止粘土地層膨脹，油井增產(chǎn)效果較好。

3.4 SC-1型植物膠壓裂液

植物膠壓裂液的代表品種是胍膠壓裂液，其顯著特點是：耐溫性能好，在高溫下的粘度較高、濾失小、破膠化水能力徹底、殘渣含量較低、對地層傷害程度比較小，前置液的使用量較少，是比較理想的壓裂液。

3.5羥丙基胍膠壓裂液

羥丙基胍膠壓裂液以進口胍膠膠片及原粉為原料，應(yīng)用國內(nèi)技術(shù)和設(shè)備對其改性，改性后的殘渣含量降到2%以下，粘度與原粉相當(dāng)，通過使用不同的交聯(lián)劑和工藝技術(shù)，可分別生產(chǎn)耐高溫和耐低溫的壓裂液。使用雙元交聯(lián)的延遲交聯(lián)有機硼做交聯(lián)劑，可使壓裂液具有耐高溫、濾失小、攜砂能力強、返排率高、破膠化水徹底、對地層損傷小的特點。如在壓裂液中加入適量的激活劑和氧化劑，可以實現(xiàn)在超低溫的環(huán)境下破膠化水的目的。

此外，油基壓裂液對低壓油氣層和水敏地區(qū)具有較大的優(yōu)越性，對油層能夠起到較好的保護作用，但由于成本高，

技術(shù)難度大，目前應(yīng)用的比較少。

4.結(jié)論

油田壓裂技術(shù)和壓裂液的選用是一項復(fù)雜的綜合性工藝技術(shù)，在實踐中充

分運用現(xiàn)代計算機信息技術(shù)，根據(jù)不同油井區(qū)塊和地質(zhì)環(huán)境，選用相應(yīng)的技術(shù)手段，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，實現(xiàn)壓裂的最佳效果和經(jīng)濟效益的最大化。

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