油田壓裂技術(shù)和壓裂液的優(yōu)化

柳海嘯，李亦白，王慶龍，魏舒，李凌宇

(1.中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300459；2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在我國(guó)綜合國(guó)力不斷提升的今天，化石能源的需求相比以往有著大幅提升，我國(guó)每年石油資源的進(jìn)口量與國(guó)內(nèi)開采量屢創(chuàng)新高。在開采石油過(guò)程中，由于地下油氣儲(chǔ)層的性質(zhì)千差萬(wàn)別，為了將油氣資源順利地開采出來(lái)，需要開采企業(yè)有針對(duì)性地選用壓裂技術(shù)，所以壓裂技術(shù)是否科學(xué)將決定著油田開采效率[1-3]。在壓裂技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，壓裂施工技術(shù)與壓裂液是成功應(yīng)用壓裂技術(shù)的關(guān)鍵，也是決定壓裂技術(shù)今后發(fā)展方向的重要因素[4-7]。

1 油田壓裂技術(shù)的簡(jiǎn)述

在油田開采階段，對(duì)于地質(zhì)復(fù)雜、滲透率低、孔隙度低的油氣儲(chǔ)層，為了進(jìn)一步提升油田的開采效率，大多開采企業(yè)會(huì)采用壓裂技術(shù)來(lái)完成油田開采任務(wù)。在孔隙度與滲透率低，油氣資源埋藏深度比較大的地區(qū)，壓裂技術(shù)的開采效果顯著由于其他開采技術(shù)。此外，隨著壓裂技術(shù)的不斷進(jìn)步，水基壓裂液應(yīng)運(yùn)而生，不僅可降低壓裂液的摩擦阻力，而且可提升壓裂泵的工作效率。然而，由于壓裂液的研發(fā)尚處于起步階段，所以應(yīng)用效果還需要進(jìn)一步檢驗(yàn)。此外，為了滿足我國(guó)油田的開采需求，我國(guó)相繼從外國(guó)購(gòu)置了先進(jìn)的壓裂機(jī)組與設(shè)備，壓裂技術(shù)同樣在我國(guó)得到了快速發(fā)展，不僅可應(yīng)用于低滲透油田的開采，而且開采效率顯著提升。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的不斷加快，我國(guó)壓裂技術(shù)也相當(dāng)成熟，無(wú)論是在壓裂技術(shù)，還是壓裂液的研發(fā)，均比以往有著跨越式的進(jìn)步。

2 油田壓裂技術(shù)的特點(diǎn)

(1)避射技術(shù)。在渤南油田開發(fā)早期，對(duì)放射性測(cè)井曲線、多口油井的井溫曲線進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，油層中缺乏良好的造縫，而造縫情況大多出現(xiàn)在地下夾層中，增加了石油開采難度。另外，通過(guò)分析聲波測(cè)井參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)情況在夾層與油層中存在差異，較硬的地質(zhì)多分布在油層中，而夾層中的地質(zhì)硬度要小于油層，從而使造縫現(xiàn)象在夾層中表現(xiàn)得更加明顯，加之泥巖厚度在夾層中比較小，導(dǎo)致裂縫延伸趨勢(shì)受阻，裂縫的波動(dòng)也就相應(yīng)加強(qiáng)。因此，開采企業(yè)需借助壓裂避射技術(shù)，即采取措施防止夾層被壓開，并確保地下油層的上部與下部可以避射一段距離。在運(yùn)用避射技術(shù)后，裂縫高度可以得到良好控制，油田開采效率與產(chǎn)量提升明顯。在應(yīng)用避射技術(shù)時(shí)，需注意以下內(nèi)容：①如果泥巖夾層厚度小、強(qiáng)度低，且地下油層巖性強(qiáng)度大時(shí)，可分別在地下油層底部、頂部運(yùn)用避射技術(shù)。另外，如果平層泥巖因厚度小而無(wú)法對(duì)裂縫上下波動(dòng)進(jìn)行限制時(shí)，可直接在頂?shù)走\(yùn)用避射技術(shù)來(lái)提升油田開采效率，具有顯著的增產(chǎn)效果。②在運(yùn)用壓裂技術(shù)時(shí)，由于地下油氣儲(chǔ)層底部有著較高的滲透率，所以開采企業(yè)要對(duì)地下油氣儲(chǔ)層底部厚度進(jìn)行測(cè)量，并在開發(fā)底部過(guò)程中，使用水驅(qū)方式實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。在壓裂施工階段，裂縫可通過(guò)不間斷的造縫實(shí)現(xiàn)下移，致使厚度一定的泥巖隔層被壓開，降低石油開采難度。

(2)前置液處理技術(shù)。如果采油區(qū)塊存在較高的破裂壓力，采油單位需要在預(yù)處理過(guò)程中使用酸性物質(zhì)，隨后才可正式開始?jí)毫咽┕ぁＴ谑┕で埃瑢⑺嵝晕镔|(zhì)擠入至井筒中，有助于降低破裂壓力，最多可降低6 MPa，并且可起到疏通井筒的作用，提升通道的滲流效果，降低壓裂施工的難度。

(3)限流壓裂技術(shù)。限流壓裂技術(shù)的應(yīng)用，可通過(guò)調(diào)節(jié)地下層中射孔的數(shù)量，使得地下層中各個(gè)孔眼的壓差存在一定差異，有助于提升壓裂液的注入量，并且地面壓裂設(shè)備的工作效率也會(huì)得到充分保障。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)貙颖粔洪_后，地層上部會(huì)涌入更多的液體，導(dǎo)致炮眼摩擦阻力快速增加，提升了液體進(jìn)入地下儲(chǔ)層的難度，壓裂液也就會(huì)因此滲透至其他地層之中，使得經(jīng)過(guò)一次壓裂作業(yè)后，其他地下儲(chǔ)層也同樣會(huì)受到壓裂作用，提升壓裂的效果與效率。

(4)整體壓裂改造技術(shù)。在使用單井壓裂技術(shù)或者井組壓裂技術(shù)時(shí)，所收獲的壓裂效果并不會(huì)十分理想。隨著裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)、地應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用技術(shù)水平的不斷提升，采油單位可以更加詳盡地了解采油區(qū)塊的整體地質(zhì)構(gòu)造，并且由于我國(guó)壓裂配套設(shè)備的現(xiàn)代化程度不斷提升，大壓力、大排量機(jī)組的應(yīng)用更加廣泛，所以可顯著提升低滲透油田的壓裂效果，開采量也會(huì)得到充分保障。

3 油田壓裂技術(shù)的優(yōu)化路徑

(1)加大低滲透油田壓裂技術(shù)的研發(fā)力度。在開采低滲透油田過(guò)程中，壓裂技術(shù)發(fā)揮著重要作用，并且也有助于保障開采效率與產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)階段，能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，所以在開采規(guī)模不斷擴(kuò)大的今天，油田開采難度與日俱增，地下儲(chǔ)層構(gòu)造變得更加復(fù)雜。唯有不斷地研發(fā)出新的壓裂技術(shù)、壓裂工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)油田整體區(qū)塊的科學(xué)改造，才是提升油田開采量的唯一路徑。

(2)深入研究返排液的處理與再利用技術(shù)。壓裂新技術(shù)中的研發(fā)關(guān)鍵是注重返排液的處理與再利用技術(shù)的研究。為了提升采油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，控制油田壓裂成本是管理者的當(dāng)務(wù)之急。選用高效、環(huán)保的壓裂液，不僅可實(shí)現(xiàn)綠色化的油田開采，提升返排液的處理與再利用效率，不僅使油田增產(chǎn)，也有助于降低油田壓裂成本。

(3)提升壓裂技術(shù)配套的水平。為了盡快達(dá)到國(guó)外壓裂技術(shù)的應(yīng)用水平，我國(guó)除了要積極汲取外國(guó)壓裂技術(shù)中的精髓外，還應(yīng)加大新型壓裂技術(shù)的研發(fā)力度，將壓裂技術(shù)貼上中國(guó)的標(biāo)簽。當(dāng)前，我國(guó)在裸眼封隔器分簇射孔技術(shù)在研究進(jìn)展十分迅速，并且取得了關(guān)鍵突破，有助于提升致密油氣的分段改造效果。與此同時(shí)，國(guó)外微地震波裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)十分先進(jìn)，我國(guó)也要在引進(jìn)此類先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，實(shí)施二次開發(fā)，努力使微地震波裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)可以與我國(guó)地質(zhì)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。

(4)壓裂技術(shù)向體積壓裂改造轉(zhuǎn)型。以我國(guó)各大油田儲(chǔ)層特點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)前廣泛應(yīng)用的壓裂技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究，使新型壓裂技術(shù)體系可以適用于我國(guó)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)。在研究過(guò)程中，科研人員要針對(duì)我國(guó)儲(chǔ)層特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)壓裂技術(shù)的進(jìn)行升級(jí)改造，分析當(dāng)前壓裂技術(shù)中存在的技術(shù)弊端，逐個(gè)解決問(wèn)題。

4 壓裂液的研究與優(yōu)化措施

(1)普通田菁?jí)毫岩骸Ｔ诓糠钟吞镩_采中，普通田菁?jí)毫岩嚎梢栽诘蜏貤l件下使用，而且攜砂功能也十分突出，降低開采阻力，有助于降低開采成本。與其他壓裂液相比，普通田菁?jí)毫岩嚎梢栽谟吞镩_采現(xiàn)場(chǎng)配置，使用十分便捷。當(dāng)普通田菁?jí)毫岩号c硼砂交聯(lián)應(yīng)用后，降低了壓裂液的溫度適應(yīng)能力，嚴(yán)禁應(yīng)用于大于80 ℃的油井開采作業(yè)。然而，當(dāng)普通田菁?jí)毫岩号c有機(jī)鋯交聯(lián)后，交聯(lián)后的壓裂液可以承載更高的溫度，大多應(yīng)用在井下溫度在150 ℃的深井壓裂施工作業(yè)場(chǎng)合，缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)更多的前置液，加劇了地下儲(chǔ)層的損害。

(2)羥丙基田菁?jí)毫岩骸Ｅc普通田菁?jí)毫岩合啾龋u丙基田菁?jí)毫岩旱膬?yōu)勢(shì)在于不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的殘?jiān)镔|(zhì)，而且可降低對(duì)地下油氣儲(chǔ)層的損害。羥丙基田菁?jí)毫岩菏菍⑵胀ㄌ镙級(jí)毫岩褐械陌肴楦事毒厶窃谔囟l件下與羥丙基發(fā)生醚化反應(yīng)，從而制備出優(yōu)點(diǎn)更突出的羥丙基田菁?jí)毫岩海?dāng)其與有機(jī)鈦、硼砂交聯(lián)后，羥丙基田菁?jí)毫岩嚎稍?46 ℃溫度下工作，攜砂能力大為增加，降低摩擦阻力，對(duì)地下油氣儲(chǔ)層的損害可明顯減輕。

(3)羥丙基胍膠壓裂液。 羥丙基胍膠壓裂液在當(dāng)前壓裂施工中的應(yīng)用十分普遍，但是由于國(guó)內(nèi)壓裂液制備能力有限，往往需要從國(guó)外采購(gòu)胍膠膠片以及原粉，在國(guó)內(nèi)完成羥丙基胍膠壓裂液的改性處理，將殘?jiān)谋壤刂圃谧畹徒缦蕖Ａu丙基胍膠在經(jīng)過(guò)處理后，其黏度可以約等于原粉的黏度。將羥丙基胍膠壓裂液與不同物質(zhì)交聯(lián)，其適用性可以獲得顯著提升，并可應(yīng)用在不同溫度條件下。其中，將有機(jī)硼物質(zhì)與羥丙基胍膠壓裂液進(jìn)行雙元交聯(lián)，耐溫性能、攜砂性能與反排率可以顯著提升，并且可對(duì)地下油氣儲(chǔ)層實(shí)施良好的保護(hù)。當(dāng)把激活劑、氧化劑加入到壓裂液中，壓裂液便具備在超低溫條件下應(yīng)用的能力。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，羥丙基胍膠壓裂液可在30～150 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)使用。

(4)油基型壓裂液。為了保護(hù)地下油氣儲(chǔ)層，油基型壓裂液可廣泛應(yīng)用在水敏地下儲(chǔ)層、低壓油氣儲(chǔ)層的壓裂施工作業(yè)，并且保護(hù)效果十分顯著。另外，在國(guó)外油田開采作業(yè)中，壓裂施工也著重對(duì)油基型壓裂液的性能與壓裂增產(chǎn)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)效果也符合預(yù)期值。

(5)壓裂液添加劑的優(yōu)化。添加劑可以改善壓裂液的理化性能，在壓裂施工中，需要將添加劑加入壓裂液中。例如：有機(jī)硼、硼砂以及有機(jī)鈦等均是常見的交聯(lián)劑。因此，為了提升壓裂液的性能，同樣有必要對(duì)壓裂液添加劑方面予以深入研究，研發(fā)出性能卓越的添加劑，有助于提升壓裂液的綜合性能，增加壓裂液的適用條件，確保壓裂液可以滿足復(fù)雜條件下的壓裂作業(yè)需求。

5 結(jié)語(yǔ)

油田開采作業(yè)中，開采效率與開采量是考核油田開采企業(yè)的重要指標(biāo)。為了滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的開采任務(wù)，開采單位要從壓裂技術(shù)與壓裂液入手，不斷加大研發(fā)力度，在了解壓裂技術(shù)與壓裂液的基礎(chǔ)上，對(duì)其實(shí)施合理的優(yōu)化，增強(qiáng)壓裂技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí)，提升壓裂液的各方面性能，為壓裂施工有序開展提供有力保證。