淺層低滲油藏的采油工藝和壓裂工藝研究

周 錚

［中海石油（中國）有限公司蓬勃作業公司，天津 300450］

伴隨著石油消耗速度的加快，國內的各種優質油藏數量逐漸減少，已無法滿足人們對石油資源的需求。對此，油氣開發中心逐步轉移至淺層低滲油藏的開采，這類油田占新發現油藏的一半以上，由于其具有產能低、滲透率低的特點，開采難度相對較大。為穩定石油的供應，深入探討采油和壓裂工藝顯得尤為重要。現就淺層低滲油藏的采油、壓裂工藝進行如下論述，希望能為這類油田的開發、利用起到作用。

1 淺層低滲油藏的開發現狀

國際上，對于淺層低滲油藏并沒有統一的標準，只是一個相對概念。通過分析淺層低滲油藏的生產特征、滲透率，可以將其分為3個類型：一是一般低滲油田，這種儲層比較接近一般儲層，地層下的水飽和度為25%~50%，具有工業性的產能。但是對于鉆井、完井作業而言，極有可能會造成污染，有必要對儲層采取保護措施；二是特低滲油田，油田儲層含水飽和度大，這類油田的部分油層有低電阻，從某種程度上加大了測井難度。通常來講，這類儲層無法滿足工業標準，需要進行壓裂作業；三是致密低滲儲層，空隙半徑小，油氣的進入有一定難度，和有效儲層下線相似，多沒有自然產能，需要壓裂作業才能投產[1]。

在國外，淺層低滲油藏的開發已有一段時間，它們始終保持一個觀點，特別是高壓低滲油田，初次開采壓力大，天然氣能量充足，應借助自然產能進行開采，可以適當延長低含水期、無水期的時間。借助溶解氣驅能量、彈性能量進行開采，由于油層產能遞減速率較快，大大降低采收率，一般為10%。進入低產期后，采用注水的方式開采，保持注水能量，此時采收率明顯提高，為20%。

2 淺層低滲油藏的采油工藝

按照舉油出井的方式，采油工程有很多種采油方法，常見如人工舉升法、自噴采油法，其中前者主要適用于油層能量小，無法自噴生產的油田，借助機械設備對底部的油流進行能量的補充，將原油舉升出井口；后者則適用于淺層低滲透油田，是指油層借助自身的能量，將原油自油層趨到底部，然后從底部將原油噴到地面的一種方法，相較于人工舉升法，這種方式設備簡單、產量高。對于采油方式的選擇，通常根據舉升適應性、經濟評價、油井產能等方面確定，現就淺層低滲油藏的采油工藝技術進行介紹。

2.1 注水井增注技術

淺層低滲油藏的開采，其難點在于油藏滲透率低，油氣很難在孔隙流通。開采過程中，應保證地層有著充足的壓力，從而減小開采難度。要想提高地層的壓力水平，可以借助注水量增加的方式增強壓力。在注水作業中，應注意以下幾點：一是保證注水系統的水質高，水質問題是向淺層低滲油藏注水的保障，應在開始注水至水流下注的整個過程，確保注水質量達標。二是保證注水壓力低于儲層破裂壓力，若注水系統啟動時壓力較大，自主吸水能力將很難負荷這類油田的要求，此時可以再次增加注水壓力，使其和儲層破裂的壓力相似，從而使接近油藏的位置出現細小裂縫，進一步增加儲層的注水量。若借助壓力無法提升吸水能力，可采用短裂縫壓裂技術進行輔助，注意保證其高度、長度處于規定范圍，以免影響注水結果。三是儲層的吸水能力要穩定，石油開采過程中，極有可能會遇到速敏、酸敏的儲層，這些儲層存在很多黏土礦物顆粒，若開采過程給儲層帶來嚴重損傷，就會引發安全事故[2]。如若遇到這種情況，可用黏土填充，進而增強儲層吸水能力的穩定性。

2.2 大壓差采油技術

2.2.1 有桿泵抽油工藝

有桿泵抽油工藝適用于各類油田的開采，比如多層完井、小井眼井等，其由抽油機、抽油泵（安裝于油管柱下方）、抽油桿柱組成。抽油桿柱將地面設備的動力、運動力傳至抽油泵柱塞，促使其來回運動，油管柱液體增壓，將油層產液抽到地面。此工藝優點眾多，比如設備操作簡單，易于掌握；淺井投資小，開采費用低，能量利用率高；可調節產能，錄取相關的資料數據；適用于高腐蝕、結垢的原油舉升。同樣，其也有一些缺點：井斜摩阻損失大，套管受磨損；設備尺寸大，機動性差，不適于海上平臺；中井、深井開采費用高。但總體上看，有桿泵是當前普遍使用的采油泵。

應注意，在該工藝使用期間，應結合油層的實際情況，對采油工藝進行優化設計，技術參數界定為：一是滿足油井的提液需求，即在現有開采技術的許可下，滿足開發要求，發揮油層潛力；二是應保持較高的系統效率和泵效；三是抽油桿柱組合應符合等強度原則，確保各級抽油桿均勻受力[3]。另外，還要科學地選擇油管柱、抽油機等配套設備，保證該工藝技術充分發揮作用。表1為常用抽油機的相關參數。

表1 常用抽油機的各項參數

2.2.2 水利活塞泵抽油工藝

水利活塞泵以液體（加熱后）為動力液，抽油操作中，動力液由四通閥持續進入油管，經由液力馬達帶動抽油泵運作。產出液經過增壓處理后，排向油套環形空間，與動力液混合，然后返回地面。水利活塞泵的優點為：通過對動力液循環速度的控制，對泵沖次進行調節；泵效高，一般為65%~70%；適用于多層完井、深井和斜井，檢泵時不需要起下管柱。缺點為：動力液消耗量大，若當動力液不充足，將無法開采；高排量井投資大，類似氣舉，操作費用高；不適于小井眼井、高油氣比井。

2.2.3 螺桿泵采油工藝

螺桿泵由電機、電控箱、機架、大四通等組成，泵井下構成為定子、轉子、抽油桿等。工藝原理為電控箱將電流輸至電機，通過皮帶將動力傳至輸入軸（減速箱），結合卡瓦向抽油桿、轉子傳送旋轉動力。井下的螺桿泵由定子、轉子組成，彼此之間形成多個密閉空腔，轉子在定子中轉動時，空腔會從一端轉至另一端，從而將液體提到地面。工藝優點為：井下部件少，地面設備操作簡單；設備的機動性好，適用于結垢、高黏原油的開采；能量利用率低。缺點是不適于高排量井和深井。

2.2.4 氣舉采油工藝

由于淺層低滲油藏的特殊性，開采難度相對較大，油藏開采率也不高。對于滲透性比較低的天然氣而言，借助氣舉采油工藝可以改善開采量。工藝優點包括：井下設備簡單，不受井溫的控制；防腐蝕簡單；高排量時，能量利用率高；適用于小井眼井和斜井。缺點是：高壓氣舉不安全；人工舉升投資高，需要建設循環管線，鋼材消耗量大，利用率低；容易形成乳化物，增加原油的處理難度；低排量時，能量利用率低。

2.2.5 電潛泵采油工藝

電潛泵采油工藝特點是，將電機直接放在井下，避免使用大型傳動裝置，采油效率高，適用于海上平臺、斜井采油，方便自動化管理。而且，適應廣泛的排量變化，排量調整簡單，強化排液能力強。缺點是：不適于高溫井、低產井；高汽油比井泵效率低，結垢、出砂井容易出事故，泵部件易腐蝕和受損。

3 淺層低滲油藏的壓裂工藝

壓裂工藝是指采油時借助水力作用，使油層形成裂縫，也稱油層水力壓裂。油層出現裂縫后，加入支撐劑填充裂縫，提高油層滲透能力，增加產油量。該工藝是低滲油藏開發的有效手段，在多年的發展中，壓裂工藝在材料性能、設備等方面取得很大的進步，工藝技術也越來越成熟。

3.1 控縫高壓裂技術

控縫高壓裂技術，是指在前置液中混入導向劑，同時進入裂縫。根據裂縫方向和高度，科學地選擇導向劑，在裂縫底部、頂部形成遮擋層，增強裂縫末梢阻抗，防止裂縫延伸。一般來講，上浮式導向劑用于縫隙頂部，下浮式導向劑則用于底部，由于裂縫高度會受阻抗、巖石物質等因素影響，形成低滲隔層，控制裂縫的高度[4]。控縫高壓裂技術主要適用于淺層低滲油藏，因為其在壓裂作業中容易使壓裂高度進入遮擋層。

3.2 分層壓裂技術

分層壓裂技術適用于多層油田，包括：①機械分層壓裂技術，借助封隔器分離油層的隔層，逐層進行壓裂處理；②封隔器分層壓裂技術，此技術應用廣泛，借助軸向荷載產生徑向膨脹、軸向壓縮，從而分隔油層。缺點是工藝復雜，實施難度大；③限流分層壓裂技術，對每層孔眼直徑、數量進行控制，若壓裂層孔眼數量比較小，需要增加壓裂液的注入量，來提升壓裂層的壓力。同時，借助孔眼摩阻增加井底壓力，達到逐層壓裂的效果。

3.3 選擇性壓裂技術

選擇性壓裂技術包括：一是填塞球選擇壓裂技術，借助封堵球暫時封堵油層（低破裂壓力）；二是蠟球選擇性壓裂技術，借助蠟球封堵高滲層，壓裂低滲層。待油田產油后，蠟球逐漸消失，從而釋放更多的油量。這種工藝的實施，需要充分了解井下環境，嚴格控制蠟球數量，因為蠟球價格低廉，所以其經濟效益比較高。

3.4 斜井水力壓裂技術

斜井壓裂施工過程中，受自身斜度的影響，多數伴有近井筒效應，支撐劑、壓裂液進入裂縫時，受額外摩阻的影響而提前脫砂，導致相關參數和預期不符，影響油藏產能。對此，可以在前置液中添加支撐劑段塞（低砂比），使液體出現較強的切割作用。對于近井地帶的裂縫，切割作用能夠幫助液體流動，減少摩擦阻力。此外，對于裂縫比較多的近井帶，這種支撐劑段塞可以有效堵塞小縫隙，增加主縫隙的寬度。

3.5 注意事項

（1）設計原則。為保證壓裂工藝的實施效果，應基于油藏的地質特征、油藏的開發方案，以提高單井產量、穩產為抓手，借助試驗、理論分析等方式優選壓裂工藝參數。在保證產能的情況下，明確裂縫半長，盡量通過壓裂調整產液剖面，延長開采期。

（2）壓裂液的選擇。在淺層低滲油藏壓裂過程中，壓裂液是主要的工作液，既可以傳遞壓力，又會形成水力裂縫，壓裂液選擇期間應綜合考量儲層性質、經濟狀況。在淺層低滲油藏壓裂作業中，壓裂液的性能尤為重要。由于油層淺、地層能量小、溫度低，應保證壓裂液有濾失量低、低溫交聯等特點，考慮壓裂液是否會傷害儲層，使用快速返排、傷害小的壓裂液[5]。目前對于井深不超過800m的井，通常使用表面張力低、低溫下徹底破膠的壓裂液。

（3）支撐劑的選擇。其作用是分隔和支撐裂縫的壁面，使壓裂施工完成后裂縫始終有效支撐，從而消除地層的徑向流，促使流體進入裂縫。基于力學性質，可以將支撐劑分為：一是脆性支撐劑，變形小，硬度大，易在高閉合的壓力下破碎，比如玻璃球、石英砂等；二是四韌性支撐劑，變形大，承壓面積隨之變化，如鋁球、核桃殼等。現階段，國內外常用的支撐劑為人造陶粒、天然石英砂，前者適用于不同閉合壓力，特點是耐溫、抗壓強度大、密度高、抗鹽等；后者適用于低閉合壓力的淺井，特點是價格低、密度低、抗壓強度低、來源廣等。

（4）壓裂改造管柱。對于淺層低滲油藏，采用278//平式油管。以國產J55平式油管為例，各項指標見表2。

表2 國產J55平式油管強度設計表

4 結語

隨著我國人均消費水平的提升，私家車數量逐年上漲，石油產品需求量也隨之增加，給我國的石油生產帶來巨大挑戰。石油資源經過多年的開采，其品質逐漸降低，淺層低滲油藏數量增多，加強對這類油井采油、壓裂工藝的研究，對穩定原油產量具有重要意義。由于采油工藝、壓裂工藝比較多，而且每種工藝技術的特點不同，給石油企業工作的開展帶來難度。基于此，石油企業應結合油井特征、生產需求，科學地選擇工藝技術，以滿足生產需求，提高原油利用率。