淺析壓裂技術和壓裂液優選

楊帆

關鍵詞：壓裂技術;壓裂液;優化選擇

對低滲透油氣儲層和低產油氣井實施壓裂改造，是油田增產穩產的一項重要舉措。但不同區塊、儲層和油井井下情況存在很大差異，結合井況條件選擇適用的壓裂技術和壓裂液，才能達到最佳的壓裂效果。

1 壓裂技術工藝研究

1.1 壓裂技術的工作原理

為了使封隔器坐封并密封油套環形空間分隔油層。壓裂時利用整體導壓噴砂器中的節流裝置或下面的節流嘴產生的壓力損失，使壓裂液在泄壓后封隔器自動解封，并且經噴砂口進入地層。安全接頭、水力錨、封隔器、導壓噴砂器、節流嘴等組成是壓縮式封隔器主要的配套設備，它能夠結合低密射孔完井技術進行多層壓裂，利用單壓下層管柱或選壓任意層管柱。以此來增加石油開采，達到增產的效果。

1.2 壓裂配套的關鍵技術分析

1.2.1 裂縫轉向機理分析

由于儲層壓力、構造壓力變化等多種因素的影響，無論裂縫在何處啟裂，它總是沿著最大主應力方向延伸。最大誘導應力垂直于裂縫，最小誘導應力平行于裂縫，所以它等于裂縫閉合后作用在支撐劑上的凈壓力。另外又因為巖石力學、水力壓裂力學理論，使得裂縫附近的誘導應力區形狀被拉伸時，最大和最小水平主應力有時就發生反轉。在裂縫轉向機理中，受誘導應力的影響和控制，容易到達橢圓形應力反轉區的邊界，這是重復壓裂時裂縫啟裂時，方向垂直于初次壓裂裂縫的方向延伸的結果。

1.2.2 長縫型混合水體積壓裂技術

長縫型混合水體積壓裂技術是采用小粒徑的支撐劑，低砂比、低黏度的壓裂液，以大液量、大排量、大砂量的方式注入井中，使其在主裂縫的側向強制形成次生裂縫，并在次生裂縫上繼續分枝形成二級次生裂縫，實現對天然裂縫、巖石層理的溝通，使主裂縫與多級次生裂縫交織形成裂縫網絡系統。

由于長慶低滲透儲層壓力系數低，為了提高排液速度，采用油套同注的方式則更具優勢，具體表現為施工過程易控制，安全性能高。另外，經過對工藝的研究，認為混合水壓裂施工排量大，采用油套同注或光套管注入均能滿足施工條件，同時能夠快速沖砂排液，減短壓裂液在地層的滯留時間。

1.2.3 壓裂暫堵工藝技術

由于油田儲層非均質嚴重， 導致壓裂造縫不充分，容易造成砂堵，壓裂施工不成功，影響壓裂的效果。又因為儲層間矛盾突出，一次壓裂的層多、跨度大，且地層存在多裂縫，造成地層濾失嚴重。這種情況下，為保證壓裂順利進行，壓裂設計采取在前置液中加入油溶性暫堵劑SL-Y，封堵一部分高滲透條帶，確保地層造縫充分。

2 壓裂作業技術特點

壓裂作業技術已經應用了半個世紀，初期是主要是針對一些低孔滲結構油藏實施小規模壓裂。隨著鉆采技術進步，水基壓裂液研發應用后能顯著降低壓裂液在壓裂作業中的磨阻，進一步提升了壓裂作業泵效。但因為配套技術不完善，存在壓裂成功率較低等問題。隨著先進的壓裂作業機械設備和機組的研發應用，壓裂技術也得到了進一步改善，特別是壓裂液、壓裂軟件等配套技術進步，使油田壓裂作業由傳統單井壓裂向區塊壓裂、壓裂儲層也由單層壓裂向多層壓裂轉變，基于油氣藏鉆采理論和巖石力學理論，壓裂技術不斷進步，推進了低滲透油藏更好地開發。在油田壓裂作業中，常用壓裂技術主要有以下幾種：

2.1 避射技術

借助聲波測井資料分析，因為夾層的地質較為松軟，而油層地質相對較硬，所以夾層更易造縫成功，夾層中存在較薄的泥巖層，對裂縫產生不會有明顯的阻礙，所以形成的裂縫存在嚴重的波動。因此，通過實施壓裂避射技術，有針對性的對油層上下部位都避開幾米距離進行射孔壓裂造縫，避免了夾層被壓開較多無用裂縫。該技術可較好地控制裂縫高度，能有針對性的壓裂開油層，從而提升油井產能。但在應用避射技術時應該注意，因為井下油層巖性質地較硬，在泥巖夾層較薄情況下，可以應用井下油層頂、底避射技術，增強壓裂效果。在對正韻律儲層進行壓裂作業時，必須要提前掌握儲層底部的厚度情況，因為該類儲層底部具有較高的滲透率，可通過水驅方式達到增產目的，在壓裂作業時也可通過定向造縫使縫隙下移，壓開較薄的泥巖隔層，達到增產的目的。

2.2 前置液處理技術

前置液處理技術主要是前置酸預處理后再進行壓裂作業，主要針對的是具有較高破裂壓力的儲層，應用材料主要是土酸類物質，將這些土酸物質在壓裂前就擠入井筒，可以達到降低破裂壓力的目的，從而降低壓裂作業難度，一般可降低4-6MPa破裂壓力。同時，還能借助前置液有效清理井壁產生的一些堵塞物，提升油氣通道的暢通性，減小壓裂作業壓力。

2.3 限流壓裂技術

限流壓裂主要是調節不同井下儲層的射孔數量，根據不同儲層含油量，形成不同的孔眼壓差，確保在符合地面壓裂設備性能的條件下，以最大的排量注入壓裂液，使最早壓開的地層流入更多的壓裂液，并加大炮眼的磨阻，使井下儲層不會滲入過多的液體，讓壓裂液有針對性的流入其他地層，實現一次性壓裂多個儲層、有效壓裂油氣富集儲層的目的。

2.4 整體壓裂改造技術

對低滲透油藏區塊而言，實施單井或井組壓裂，作業效益不高。隨著井下裂縫監測、地層應力監測等技術的進步，對油田區塊整體地質構造情況和參數認識不斷深化，并且配套的壓裂機械設備等也不斷改進，特別是大排量、大壓力機組的產生，便于對低滲透油田區塊進行整體壓裂，能顯著提升壓裂作業效益。

3 壓裂液的優化選擇

3.1 田菁膠壓裂液

田菁膠壓裂液在國內油田應用較多，該類壓裂液在井下較低的地層溫度下粘度較好，具備較強攜砂性和較小磨阻，使用成本較低，且在現場配置應用較為方便。田菁膠壓裂液在與硼砂交聯之后，對溫度適應性減弱，可應用在80℃以下的淺井壓裂中。但與有機鋯交聯后，能明顯提升溫度適應范圍，最高可耐受150℃的高溫，便于在深井壓裂中應用，但需要前置液較多，易造成儲層損害和污染。

3.2 羥丙基田菁壓裂液

針對普通田菁膠壓裂液易在井下產生殘渣等污染物傷害儲層的問題，經過改進后形成新型水基壓裂液--羥丙基田菁壓裂液。主要是將普通型壓裂液中的半乳某露聚糖在特定條件下與羥丙基發生醚化反應，形成新的壓裂液，以有機鈦或硼砂作為交聯劑，可承受145℃左右的高溫，并具備較強的攜砂性和較小的磨阻，能大幅減少井下殘渣類物質的生成量，但依然對儲層存在一定的傷害。

3.3 羥丙基胍膠壓裂液

當前油田壓裂中該類壓裂液應用較多，原材料大多為進口胍膠膠片和原粉，利用國內設備進行改性加工處理后，可使應用后井下殘渣生成量占比下降到2%左右，經過處理后該類型壓裂液與原粉的粘度大體相同。研究適用的交聯劑，可配合形成適應不同溫度的羥丙基胍膠壓裂液，特別是與有機硼物質進行雙元交聯后，可明顯提升其耐溫性能，具備更強的攜砂性，破膠化水比較完全，能實現有效地返排，可以顯著降低對儲層的損害。根據實際區塊的應用需要，可以適當添加激活劑和氧化劑，生成能滿足適應超低溫環境的壓裂液體系，并實現破膠化水。通過實驗和現場應用，證明羥丙基胍膠壓裂液應用的井下溫度環境可在30℃-150℃，具備較強的適應性。

3.4 油基型壓裂液

該類壓裂液對儲層保護性最強，尤其在水敏性儲層和低壓儲層的壓裂作業中應用優勢明顯，未來隨著技術完善，應用將進一步普及。同時，因不同壓裂液的理化性能存在差異，需根據實際情況在應用中添加有機硼、有機鈦等交聯劑，以及甲醛等殺菌劑、液氮或柴油等降濾失劑、硫酸銨等化水劑。為提升壓裂效果，現在壓裂作業前多需要提前向井下注入濃度為2%的氯化鉀，驅替出井下的泥漿等物質，便于減少壓裂作業中的污染物。

4 結論

綜上所述，壓裂技術和壓裂液類型較多，在壓裂作業中要根據不同技術和壓裂液應用特點優化選擇應用，同時不斷完善壓裂設備、配套技術等，提升壓裂液性能，確保能滿足不同類型油藏的壓裂作業。

參考文獻：

[1]杜玉寶.壓裂效果判斷與研究[J].重慶科技學院學報，2011 （01）.