油田壓裂技術和壓裂液的優化

柳海嘯，李亦白，王慶龍，魏舒，李凌宇

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

0 引言

在我國綜合國力不斷提升的今天，化石能源的需求相比以往有著大幅提升，我國每年石油資源的進口量與國內開采量屢創新高。在開采石油過程中，由于地下油氣儲層的性質千差萬別，為了將油氣資源順利地開采出來，需要開采企業有針對性地選用壓裂技術，所以壓裂技術是否科學將決定著油田開采效率[1-3]。在壓裂技術應用過程中，壓裂施工技術與壓裂液是成功應用壓裂技術的關鍵，也是決定壓裂技術今后發展方向的重要因素[4-7]。

1 油田壓裂技術的簡述

在油田開采階段，對于地質復雜、滲透率低、孔隙度低的油氣儲層，為了進一步提升油田的開采效率，大多開采企業會采用壓裂技術來完成油田開采任務。在孔隙度與滲透率低，油氣資源埋藏深度比較大的地區，壓裂技術的開采效果顯著由于其他開采技術。此外，隨著壓裂技術的不斷進步，水基壓裂液應運而生，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，由于壓裂液的研發尚處于起步階段，所以應用效果還需要進一步檢驗。此外，為了滿足我國油田的開采需求，我國相繼從外國購置了先進的壓裂機組與設備，壓裂技術同樣在我國得到了快速發展，不僅可應用于低滲透油田的開采，而且開采效率顯著提升。隨著我國經濟與科學技術發展的不斷加快，我國壓裂技術也相當成熟，無論是在壓裂技術，還是壓裂液的研發，均比以往有著跨越式的進步。

2 油田壓裂技術的特點

(1)避射技術。在渤南油田開發早期，對放射性測井曲線、多口油井的井溫曲線進行分析后發現，油層中缺乏良好的造縫，而造縫情況大多出現在地下夾層中，增加了石油開采難度。另外，通過分析聲波測井參數后發現，地質情況在夾層與油層中存在差異，較硬的地質多分布在油層中，而夾層中的地質硬度要小于油層，從而使造縫現象在夾層中表現得更加明顯，加之泥巖厚度在夾層中比較小，導致裂縫延伸趨勢受阻，裂縫的波動也就相應加強。因此，開采企業需借助壓裂避射技術，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。在運用避射技術后，裂縫高度可以得到良好控制，油田開采效率與產量提升明顯。在應用避射技術時，需注意以下內容：①如果泥巖夾層厚度小、強度低，且地下油層巖性強度大時，可分別在地下油層底部、頂部運用避射技術。另外，如果平層泥巖因厚度小而無法對裂縫上下波動進行限制時，可直接在頂底運用避射技術來提升油田開采效率，具有顯著的增產效果。②在運用壓裂技術時，由于地下油氣儲層底部有著較高的滲透率，所以開采企業要對地下油氣儲層底部厚度進行測量，并在開發底部過程中，使用水驅方式實現增產。在壓裂施工階段，裂縫可通過不間斷的造縫實現下移，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。如果采油區塊存在較高的破裂壓力，采油單位需要在預處理過程中使用酸性物質，隨后才可正式開始壓裂施工。在施工前，將酸性物質擠入至井筒中，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。限流壓裂技術的應用，可通過調節地下層中射孔的數量，使得地下層中各個孔眼的壓差存在一定差異，有助于提升壓裂液的注入量，并且地面壓裂設備的工作效率也會得到充分保障。一般來說，當地層被壓開后，地層上部會涌入更多的液體，導致炮眼摩擦阻力快速增加，提升了液體進入地下儲層的難度，壓裂液也就會因此滲透至其他地層之中，使得經過一次壓裂作業后，其他地下儲層也同樣會受到壓裂作用，提升壓裂的效果與效率。

(4)整體壓裂改造技術。在使用單井壓裂技術或者井組壓裂技術時，所收獲的壓裂效果并不會十分理想。隨著裂縫監測技術、地應力監測技術應用技術水平的不斷提升，采油單位可以更加詳盡地了解采油區塊的整體地質構造，并且由于我國壓裂配套設備的現代化程度不斷提升，大壓力、大排量機組的應用更加廣泛，所以可顯著提升低滲透油田的壓裂效果，開采量也會得到充分保障。

3 油田壓裂技術的優化路徑

(1)加大低滲透油田壓裂技術的研發力度。在開采低滲透油田過程中，壓裂技術發揮著重要作用，并且也有助于保障開采效率與產量的關鍵技術。現階段，能源是經濟發展的重要支撐，所以在開采規模不斷擴大的今天，油田開采難度與日俱增，地下儲層構造變得更加復雜。唯有不斷地研發出新的壓裂技術、壓裂工藝，實現對油田整體區塊的科學改造，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。壓裂新技術中的研發關鍵是注重返排液的處理與再利用技術的研究。為了提升采油企業的經濟效益，控制油田壓裂成本是管理者的當務之急。選用高效、環保的壓裂液，不僅可實現綠色化的油田開采，提升返排液的處理與再利用效率，不僅使油田增產，也有助于降低油田壓裂成本。

(3)提升壓裂技術配套的水平。為了盡快達到國外壓裂技術的應用水平，我國除了要積極汲取外國壓裂技術中的精髓外，還應加大新型壓裂技術的研發力度，將壓裂技術貼上中國的標簽。當前，我國在裸眼封隔器分簇射孔技術在研究進展十分迅速，并且取得了關鍵突破，有助于提升致密油氣的分段改造效果。與此同時，國外微地震波裂縫監測技術十分先進，我國也要在引進此類先進技術的同時，實施二次開發，努力使微地震波裂縫監測技術可以與我國地質結構相適應。

(4)壓裂技術向體積壓裂改造轉型。以我國各大油田儲層特點為基礎，對當前廣泛應用的壓裂技術進行創新研究，使新型壓裂技術體系可以適用于我國儲層結構。在研究過程中，科研人員要針對我國儲層特點，對傳統壓裂技術的進行升級改造，分析當前壓裂技術中存在的技術弊端，逐個解決問題。

4 壓裂液的研究與優化措施

(1)普通田菁壓裂液。在部分油田開采中，普通田菁壓裂液可以在低溫條件下使用，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，普通田菁壓裂液可以在油田開采現場配置，使用十分便捷。當普通田菁壓裂液與硼砂交聯應用后，降低了壓裂液的溫度適應能力，嚴禁應用于大于80 ℃的油井開采作業。然而，當普通田菁壓裂液與有機鋯交聯后，交聯后的壓裂液可以承載更高的溫度，大多應用在井下溫度在150 ℃的深井壓裂施工作業場合，缺點是需要耗費更多的前置液，加劇了地下儲層的損害。

(2)羥丙基田菁壓裂液。與普通田菁壓裂液相比，羥丙基田菁壓裂液的優勢在于不會產生過多的殘渣物質，而且可降低對地下油氣儲層的損害。羥丙基田菁壓裂液是將普通田菁壓裂液中的半乳甘露聚糖在特定條件下與羥丙基發生醚化反應，從而制備出優點更突出的羥丙基田菁壓裂液，當其與有機鈦、硼砂交聯后，羥丙基田菁壓裂液可在146 ℃溫度下工作，攜砂能力大為增加，降低摩擦阻力，對地下油氣儲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前壓裂施工中的應用十分普遍，但是由于國內壓裂液制備能力有限，往往需要從國外采購胍膠膠片以及原粉，在國內完成羥丙基胍膠壓裂液的改性處理，將殘渣的比例控制在最低界限。羥丙基胍膠在經過處理后，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交聯，其適用性可以獲得顯著提升，并可應用在不同溫度條件下。其中，將有機硼物質與羥丙基胍膠壓裂液進行雙元交聯，耐溫性能、攜砂性能與反排率可以顯著提升，并且可對地下油氣儲層實施良好的保護。當把激活劑、氧化劑加入到壓裂液中，壓裂液便具備在超低溫條件下應用的能力。現場試驗研究表明，羥丙基胍膠壓裂液可在30～150 ℃的溫度區間內使用。

(4)油基型壓裂液。為了保護地下油氣儲層，油基型壓裂液可廣泛應用在水敏地下儲層、低壓油氣儲層的壓裂施工作業，并且保護效果十分顯著。另外，在國外油田開采作業中，壓裂施工也著重對油基型壓裂液的性能與壓裂增產效果進行檢驗，檢驗效果也符合預期值。

(5)壓裂液添加劑的優化。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：有機硼、硼砂以及有機鈦等均是常見的交聯劑。因此，為了提升壓裂液的性能，同樣有必要對壓裂液添加劑方面予以深入研究，研發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雜條件下的壓裂作業需求。

5 結語

油田開采作業中，開采效率與開采量是考核油田開采企業的重要指標。為了滿足當前經濟形勢下的開采任務，開采單位要從壓裂技術與壓裂液入手，不斷加大研發力度，在了解壓裂技術與壓裂液的基礎上，對其實施合理的優化，增強壓裂技術先進性的同時，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。