劉進(jìn)龍，張　錦，李玉玉，朱亞林

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

低滲透油氣藏壓裂工藝技術(shù)

劉進(jìn)龍*，張錦，李玉玉，朱亞林

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)程度的提高，低滲透油藏開(kāi)發(fā)在目前油田開(kāi)發(fā)中占有越來(lái)越重要的位置。我國(guó)低滲透油氣田資源儲(chǔ)量豐富，近年來(lái)在我國(guó)石油探明儲(chǔ)量中，低滲透儲(chǔ)量占重大百分比，由此可見(jiàn)低滲油田開(kāi)發(fā)是我國(guó)油氣開(kāi)發(fā)的主力。然而低滲油氣藏開(kāi)發(fā)難度大，有效便捷的開(kāi)發(fā)手段主要是壓裂技術(shù)。介紹了一些目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)低滲油藏開(kāi)發(fā)所采取的壓裂工藝技術(shù)。

低滲油氣藏；高能氣體壓裂；復(fù)合壓裂；前置酸壓裂

孔喉半徑小、填隙物含量高、高排驅(qū)壓力、泥質(zhì)含量較高、低地層溫度、地層低壓、低滲透率和含油飽和度低是低滲油氣藏典型的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)低滲油藏是一項(xiàng)比較困難的工作，壓裂是開(kāi)發(fā)主要手段，但是壓裂技術(shù)不僅要考慮地層的復(fù)雜性，更要采取合理的壓裂液等與之匹配。目前科研工作者已經(jīng)研究應(yīng)用了多種壓裂工藝針對(duì)低滲油藏的開(kāi)發(fā)。

1　水力噴射壓裂

水力壓裂是用地面高壓泵機(jī)組，用超出地層所能吸收的排量向井內(nèi)泵入高粘度的液體，近而在井底憋起高壓，當(dāng)該壓力達(dá)到巖石抗張強(qiáng)度后，就在井底產(chǎn)生裂縫。然后注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫繼續(xù)延伸并充填支撐劑。停泵后，由于支撐劑對(duì)裂縫的支撐作用，可在地層中形成足夠長(zhǎng)、有一定導(dǎo)流能力的填砂裂縫。水力噴射壓裂裝置如圖1所示。

圖1　水力噴射壓裂裝置

2　高砂比壓裂技術(shù)研究

高砂比壓裂就是在裂縫內(nèi)以大于10kg/m2的填砂濃度造成高導(dǎo)流能力的裂縫來(lái)提高壓裂的效果。該技術(shù)在低滲地層的增產(chǎn)改造和中高滲層與重復(fù)壓裂井的增產(chǎn)中具有實(shí)用性。由表1可見(jiàn)不同鋪砂濃度在不同閉合壓力下的導(dǎo)流能力（據(jù)劉鳳琴等，1995）。

高砂比壓裂效果是油流阻力減小，生產(chǎn)壓差降低，出砂減少。進(jìn)而提高了產(chǎn)量和有效生產(chǎn)期。要造成高導(dǎo)流能力的裂縫，高砂比壓裂技術(shù)還需要一系裂配套技術(shù)。其中包括高壓完井、高攜砂能力的攜砂液、大量加砂技術(shù)等配套技術(shù)。其方法是由地層滲透率確定的裂縫導(dǎo)流能力和砂濃度,反過(guò)來(lái)確定地面加砂方案。

3　前置酸壓裂工藝技術(shù)

前置酸壓裂技術(shù)是提高低滲透油藏產(chǎn)能的一種重要手段。該技術(shù)是將砂巖酸化和加砂壓裂兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)酸液溶蝕提高儲(chǔ)層滲透性，同時(shí)酸液可以抑制粘土礦物膨脹、溶解壓裂液濾餅及殘膠以及清洗支撐裂縫等來(lái)改善地層與裂縫及裂縫內(nèi)連通性。前置酸壓裂增產(chǎn)效果明顯，目前在低滲油藏開(kāi)發(fā)中應(yīng)用比較廣泛。

4　轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)

表1　不同鋪砂濃度在不同閉合壓力下的導(dǎo)流能力（據(jù)劉鳳琴等，1995）

目前國(guó)內(nèi)外重復(fù)壓裂技術(shù)方式有3種，即（1）原層內(nèi)壓新縫；（2）延伸原裂縫；（3）轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂。

轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂是指將初次壓裂的人工裂縫完全封堵,在同層再次壓裂出一條新的人工裂縫。它能夠增加注采井網(wǎng)注入水的驅(qū)替體積,從而改變地層中孔隙壓力的分布規(guī)律,更好地開(kāi)采剩余油；避免了原裂縫中破碎支撐劑對(duì)新裂縫導(dǎo)流能力的影響。在壓裂施工過(guò)程中，適時(shí)的向地層中加人工化學(xué)斬堵劑，隨壓裂液流向儲(chǔ)層阻力最小方向（原有人工裂縫或者高滲透地帶），在壓力差作用下交聯(lián)形成高強(qiáng)度的濾餅，封堵原有裂縫和高滲層段，在井底形成高壓空間來(lái)迫使儲(chǔ)層在縱向和平面上產(chǎn)生新裂縫，且產(chǎn)生的新縫方位與初次壓裂裂縫延伸方向不同，即人工裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向。該技術(shù)產(chǎn)生新的油氣流動(dòng)通道和改變儲(chǔ)層原有流體滲流驅(qū)替規(guī)律、擴(kuò)人了油氣層的泄油而積，最終提高了油井采收率。

5　高能氣體壓裂技術(shù)

高能氣體壓裂是一種利用火藥或火箭推進(jìn)劑在井筒中產(chǎn)生大量高溫高壓氣體來(lái)壓裂油氣層，從而達(dá)到增產(chǎn)效果。其施工程序是將火藥下至目的層,由地面引燃，其關(guān)鍵是控制好高能氣體的最高壓力和升壓速度。升壓速度要慢于爆炸壓裂而快于水力壓裂,一般在1～100ms；同時(shí),最高壓力限制在地層巖石屈服壓力以下。在井筒周?chē)a(chǎn)生多條裂縫,并且無(wú)破碎壓實(shí)帶,把天然裂縫與井筒連通進(jìn)而達(dá)到提高油層導(dǎo)流能力的目的,同時(shí)又增大了與天然裂縫溝通的機(jī)會(huì)。參見(jiàn)圖2。

6　分級(jí)加砂壓裂工藝

分級(jí)加砂壓裂工藝即在前置液中加入粉砂和在不同階段攜砂液中加入支撐劑（石英砂）。

在前置液中加入低砂比的粉砂，砂比控制在10%～ 15%,這樣含砂液就會(huì)造成很強(qiáng)的水力切割作用，從而降低摩阻、減少壓裂中砂卡發(fā)生的可能性。同時(shí)，利用粉砂對(duì)微裂縫的封堵能力與暫堵劑配合，能夠提高暫堵成功率。攜砂液加支撐劑階段，主要特點(diǎn)是將攜砂液分為3個(gè)階段注入，并配以不同粒徑的石英砂，一、老裂縫壓開(kāi)時(shí)注入粉砂作一級(jí)支撐劑；二、新裂縫產(chǎn)生時(shí)注入中砂作二級(jí)支撐劑；最后再注入粗砂作為三級(jí)支撐劑。這兩方面優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，改善壓裂液通道、降濾以及防止壓后吐砂，提高了人工裂縫導(dǎo)流能力和延長(zhǎng)重復(fù)壓裂有效期，對(duì)提高超低滲油藏的開(kāi)發(fā)效果有一定的指導(dǎo)意義。

7　縫高控制壓裂技術(shù)

當(dāng)油氣層很薄或上下為弱應(yīng)力層，壓開(kāi)的裂縫高度往往容易超出產(chǎn)層而進(jìn)入隔層。裂縫垂向延伸不僅導(dǎo)致裂縫高度過(guò)大、裂縫長(zhǎng)度減小，而且當(dāng)裂縫延伸至鄰近含水層內(nèi)時(shí)，會(huì)引起含水猛增，也就無(wú)法達(dá)到增產(chǎn)目的。對(duì)存在氣頂?shù)挠筒?，也同樣存在著“引氣入井”的危險(xiǎn)。目前控制縫高技術(shù)有人工隔層技術(shù)、冷卻地層控制縫高、注入非支撐劑控制縫高、變排量壓裂技術(shù)等。

近年來(lái)，多級(jí)注入下沉劑控縫高技術(shù)的發(fā)展已有顯著效果，解決了低滲生產(chǎn)油層之下有水層且隔層較薄的裂縫垂向控制難題，實(shí)現(xiàn)了縫高控制技術(shù)由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)變。

8　分層壓裂工藝

目前國(guó)內(nèi)外的分層壓裂工藝類(lèi)型有投球法分層壓裂、不動(dòng)管柱分層壓裂、橋塞分層壓裂、封隔器分層壓裂、連續(xù)油管分層壓裂、預(yù)制式分層壓裂、液體分層壓裂。分層壓裂是低滲油氣藏增產(chǎn)的一項(xiàng)重要工藝技術(shù)，提高非均質(zhì)嚴(yán)重的縱向多產(chǎn)層改造程度，提高低滲層動(dòng)用程度，充分發(fā)揮各層生產(chǎn)能力。

9　結(jié)束語(yǔ)

隨著壓裂工藝技術(shù)的不斷改造，人們?cè)诂F(xiàn)有壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，新的壓裂技術(shù)也陸續(xù)應(yīng)用于低滲油藏的開(kāi)發(fā)中。各種復(fù)合壓裂工藝也不斷完善，如：高能氣體壓裂和水力壓裂相結(jié)合；新的復(fù)合工藝采用變粘度壓裂液,壓前預(yù)處理，變粒徑支撐劑組合和高砂比，高排量，快返排等一系列新技術(shù)等。這種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的復(fù)合工藝相信無(wú)論是在現(xiàn)在還是未來(lái)，都會(huì)成為低滲油藏開(kāi)發(fā)的主力技術(shù)。

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TE34

B

1004-5716(2016)11-0028-03

2015-12-30

2016-01-02

劉進(jìn)龍（1990-），男（漢族），山東濟(jì)寧人，西北大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：石油與天然氣工程。