油田壓裂用暫堵劑技術(shù)分析

徐占東

（大慶鉆探井下作業(yè)工程公司，吉林松原 138000）

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，油氣資源被大量開采，致使一些開采難度低的油區(qū)含水量劇增，至此，低滲油氣藏成為大眾開采重心，但是其開采難度非常大。在油藏地質(zhì)儲量中，低滲油藏地質(zhì)儲量是非常高的，但由于開采難度大，所以開采率非常低。本文圍繞開采低滲油氣藏的技術(shù)進(jìn)行分析，希望能夠使我國的油氣資源更加豐富。

1 顆粒類暫堵劑

1.1 暫堵機理

現(xiàn)如今，研究顆粒類暫堵劑封堵機理已經(jīng)成為各國的重要課題，因為其孔隙型儲層尺寸較小，所以Kaeuffer提出d2封堵原則，在他看來，d值與孔喉直徑相等時，有更為理想的封堵效果。Smith認(rèn)為，對于儲層中滲透率而言，大尺寸孔喉的作用比較大，這個言論使得為建立儲存孔喉尺寸與顆粒粒徑匹配模型的思路得到了拓展。對于此方面的研究，國內(nèi)起步比較晚，1990年，羅平亞提出孔隙尺寸的2/3與固相顆粒粒徑相匹配時，屏蔽暫堵層的穩(wěn)定性會比較高，但是應(yīng)用可變形暫堵顆粒封堵地層時不適用于該理論。蔣海軍提出，如果縫洞型儲層尺寸比較大，裂縫，縫寬和顆粒粒徑的匹配關(guān)系為1∶0.80時，則在裂縫處暫堵劑形成的暫堵層強度比較高。劉宇凡認(rèn)為，當(dāng)裂縫有比較大的開度時，暫堵顆粒很難進(jìn)行補集和橋堵，只能通過堆積沉降，才能產(chǎn)生一些暫堵效果。一般而言，顆粒類暫堵劑在裂縫中形成暫堵層以后，出現(xiàn)很大的間隙，原因在于它們是剛性粒子，對壓裂液分流有影響，會降低分流效果，使得儲層轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè)經(jīng)常失敗。所以有學(xué)者提出將多種粒徑組合起來，使顆粒堆積密度變大，原理在于減少空隙，使暫堵層更加緊密，防止壓裂液流失。還有學(xué)者為了徹底消除暫堵層的縫隙，提議在剛性暫堵顆粒中加入變形粒子，目的在于獲得最佳的封堵效果。對于水溶性暫堵劑而言，遇水則會膨脹，使暫堵層變得緊密，提高了暫堵顆粒填充效果。但是也存在相應(yīng)的缺陷，比如突破壓力梯度比較小。從環(huán)保角度而言，顆粒類暫堵劑材料在高溫作用下會降解，不會傷害地層。

1.2 技術(shù)特點

顆粒類暫堵劑主要通過顆粒的堆積形成橋堵，在孔喉和裂縫形成暫堵層，其優(yōu)勢在于：①封堵強度大；②在縫隙較寬的范圍內(nèi)也能取得良好的效果。顆粒類暫堵劑應(yīng)用率很高，也適用于不同縫寬裂縫鍍層，因為會不斷調(diào)整粒徑組合方式，受此影響，暫堵層的穩(wěn)定性會逐漸增高，這就為轉(zhuǎn)向壓裂施工帶來了便利。除此之外還有以下三方面特點：①使用溫度窗口寬。顆粒類暫堵劑材料包括高分子聚合物、無機鹽、可生物降解材料等，來源比較廣泛，這幾種材料適用于不同井溫的儲層，都可以實施暫堵作業(yè)，究其原因在于，它們使用溫度范圍廣泛，在20～200℃之間都能進(jìn)行作業(yè)。②可降解，不傷害地層。在水環(huán)境或者酸性環(huán)境中，暫堵劑材料的溶解性比較好，不用太長的時間就可以完全溶解，這給施工后期的反排工作創(chuàng)造了便利條件，也避免了對地層造成二次傷害。③價格低廉，工藝簡單，可以在油田現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用與推廣。

1.3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

在暫堵劑類型中，顆粒類暫堵劑應(yīng)用最為廣泛，針對長慶油田而言，比較適合應(yīng)用暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，原因是低滲儲層物性差、微裂縫發(fā)育以及儲藏整體動用程度低。在施工中，由于加入了暫堵劑，成功實現(xiàn)了裂縫轉(zhuǎn)向，提高了單井日產(chǎn)能，獲得了非常顯著的改造效果。再結(jié)合華北油田而言，要應(yīng)用暫堵劑轉(zhuǎn)向分段壓裂技術(shù)，尤其是在實施水平井分段壓裂時，原因是它打破了傳統(tǒng)壓裂技術(shù)局限性，提高了增產(chǎn)效果，造縫長度是以往的1.5倍，而且施工完畢后，在短時間內(nèi)暫堵劑便在原油中溶解了，對地層沒有產(chǎn)生傷害。

2 纖維類暫堵劑

2.1 暫堵機理

在封堵過程中，纖維類暫堵劑分為三步，比如最初到達(dá)儲層時，粗糙裂縫和纖維經(jīng)接觸后，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低了工作液流速，在此基礎(chǔ)上，后續(xù)纖維更容易被網(wǎng)狀纖維所捕捉。纖維注入量加大后，裂縫內(nèi)外壓也增大。這就使得纖維層出現(xiàn)失水現(xiàn)象，最后演變成致密暫堵層，這時，壓裂液流向低滲層，使得儲層實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向壓力的目標(biāo)。隨后，纖維類暫堵劑在水或酸環(huán)境中，逐漸溶解，如此一來便避免傷到儲層。

2.2 技術(shù)特點

與顆粒類暫堵劑相比，纖維類封堵效果更好，它的主要成分是柔性纖維：①纖維變形性強，可以到達(dá)裂縫比較微小的孔道里，提高了暫堵層的緊密性，提升了壓裂液的利用效率。②纖維長徑比大，但是比重小，與粗糙裂縫壁面發(fā)生接觸后，在短時間內(nèi)形成暫堵層，除此之外，纖維的防漏性能以及穩(wěn)定性都要比顆粒性暫堵劑強，而且形成的濾餅空隙也更小。③纖維還有一個優(yōu)勢在于，令支撐劑不會掩埋射孔、不會堵塞油嘴，有很顯著的防回流效果。這是因為在排液階段，支撐劑和纖維互相影響，作用于復(fù)合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。④當(dāng)施工處于前期階段，定排量注入暫堵劑，以便讓纖維在縫內(nèi)快速堆積，顯著提高了暫堵層效果。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

纖維類暫堵劑時常應(yīng)用于轉(zhuǎn)向酸壓施工中，比如結(jié)合蘇里格氣田來說，在低滲氣藏實施常規(guī)壓力后，單井產(chǎn)量有所降低，這時，應(yīng)用該技術(shù)?？梢詷?gòu)建新儲層縫網(wǎng)體系，經(jīng)過一系列實驗證明，暫堵纖維在施工中，泵壓會上升10MPa，符合新裂縫開啟條件，酸壓改造效果非常顯著。單井產(chǎn)量和臨井產(chǎn)量相比，最高可達(dá)臨井產(chǎn)量三倍。在川東地區(qū)，氣田多為水平井或者大斜度井，應(yīng)用纖維暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)后，暫堵效率達(dá)到4/5以上，天然氣單井日增產(chǎn)5.38×103m3。除此之外，纖維暫堵劑在地層接觸水后逐漸分解，并且隨著地層流體最終反排出去，也就沒有對儲層造成傷害。在哈薩克斯坦某油田，在對老井進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向酸壓作業(yè)時，應(yīng)用了df纖維暫堵劑，生產(chǎn)效率高達(dá)4/5，增油2.4×104T，增產(chǎn)有效期接近200d，充分發(fā)揮了暫堵纖維分流酸液功能。

3 膠塞類暫堵劑

3.1 暫堵機理

膠塞類暫堵劑能溶解于水中，屬于聚合物凍膠暫堵劑，有機基團或者某些多價金屬離子會和聚合物的極性基團發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在反應(yīng)過后則形成膠狀物，提高了暫堵劑黏性與抗壓強度。膠塞類暫堵劑或者以膠液形式流入地下或者在地面交聯(lián)造粒后被放置于地層封堵處，前者是以流動方式注入地下，后者需要地面交聯(lián)然后被動放置才可注入地下，創(chuàng)造高溫條件，使暫堵顆粒二次交聯(lián)。施工完畢后，將破膠劑注入地下，使其和凍膠發(fā)生反應(yīng)，將凍膠降解為清液，與地層流體共同反排出去，以避免二次傷害到儲層。

3.2 技術(shù)特點

①封堵效果好。與顆粒類、纖維類暫堵劑相比，膠塞類暫堵劑在封堵效果方面更好一些，這是因為膠塞類暫堵劑在裂縫中的固體段塞具有黏彈性，在持續(xù)不斷地受到高溫影響后交聯(lián)成暫堵層，并且暫堵層的強度比較大，轉(zhuǎn)向效果好，究其原因在于其結(jié)構(gòu)致密穩(wěn)定性好，暫堵層是由果凍狀膠體段塞組成。②封堵自主選擇性。結(jié)合最小流動阻力原理而言，在注入地下后首先會到達(dá)高滲層，在高溫條件下，以致密濾餅形式存在，如此一來，后續(xù)工作液便逐漸向壓裂低滲層轉(zhuǎn)向，改善了儲層均勻性，在高低滲層影響下，高低滲層滲透率極差越大，封堵效果越好。③耐溫耐鹽能力差。在高溫高鹽環(huán)境下，常規(guī)聚合物凍膠會發(fā)生鹽降解或者熱降解，給成膠帶來難度，但是此時如果提高交聯(lián)劑加量，會令體系產(chǎn)生過度交聯(lián)，從而影響穩(wěn)定性。所以現(xiàn)在相關(guān)領(lǐng)域正在攻克凍膠不耐鹽不耐高溫的缺陷。除此之外，膠塞類暫堵劑難以對破膠進(jìn)行控制，當(dāng)前關(guān)于破膠方式，采用的是在暫堵劑中安置破膠劑，但是很難掌控破膠時間，這是因為破膠環(huán)境處于地下。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

大牛地氣田在某水平井進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè)，當(dāng)注入暫堵劑后，地面泵壓開始上升，很多新裂縫出現(xiàn)在壓裂層段附近，無阻流量超過1.10×10m3/d。彩南油田之前已經(jīng)嘗試了暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)先導(dǎo)性實驗，是為了改善儲層高注地產(chǎn)生產(chǎn)特征。根據(jù)地震檢測報告可知，轉(zhuǎn)向裂縫非常明顯，之后又分別對48口井進(jìn)行轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè)，增油量前后相加共為3.3×104t左右。隨著低滲油藏逐漸被開采，實現(xiàn)了增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的開發(fā)要求。

4 復(fù)合類暫堵劑

復(fù)合類暫堵劑是結(jié)合了上述這幾個類型暫堵劑，顆粒結(jié)合粒徑級配原則構(gòu)成了暫堵層的主體骨架，隨著纖維不斷地填入顆?？障秲?nèi)，提高了暫堵層穩(wěn)定性，受高溫影響，成膠液開始交聯(lián)，交聯(lián)后會形成膠體段塞，牢牢固定內(nèi)部的纖維和顆粒，這就使得暫堵劑抗壓強度得到大幅度的增強，受不同條件影響，復(fù)合類暫堵劑在儲層壓裂施工中都獲得了明顯的暫堵轉(zhuǎn)向效果。很顯然，顆粒與纖維的預(yù)防了酸壓工作液流失，它們共同組成緊密的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。塔里木油田使用多種粒徑顆粒復(fù)配水溶性纖維的暫堵轉(zhuǎn)向酸壓技術(shù)，使得厚油層酸化不均問題得到了妥善的解決，在一級酸壓中，泵壓會隨著酸壓施工而逐漸下降，然而如若添加暫堵劑，則可以使泵壓上升3.6MPa，發(fā)揮了良好的封堵效果，施工結(jié)束后，增產(chǎn)效果明顯，單井無阻流量已經(jīng)達(dá)到33×10m3/d。

5 結(jié)語

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，油氣資源被大量開采，致使一些開采難度低的油區(qū)含水量劇增，至此，低滲油氣藏成為大眾開采重心，但是其開采難度非常大。在油藏地質(zhì)儲量中，低滲油藏地質(zhì)儲量非常高，但由于開采難度大，所以開采率非常低。在暫堵劑作用下，高滲層會臨時處于封閉狀態(tài)，此時儲層可以被均勻改造，原因是工作液會轉(zhuǎn)向壓裂低滲層。暫堵劑具有很多優(yōu)點，比如有很強的封堵性、不會傷害地層、施工工藝不復(fù)雜等。暫堵劑的類型也非常豐富，并且具有不同的作用機理。