張小奇，史建國(guó)

（延長(zhǎng)油田股份有限公司吳起采油廠，陜西 延安 717600）

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，低滲透、超低滲透及非常規(guī)油氣資源逐漸成為各油氣田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的主體。其儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)致密，流體流動(dòng)困難，需要通過(guò)壓裂來(lái)改變儲(chǔ)層流體流動(dòng)狀態(tài)。水力壓裂作為低滲、超低滲油田增產(chǎn)增效的主要措施，針對(duì)不同地層有不同的壓裂工藝，應(yīng)根據(jù)地層情況復(fù)雜，針對(duì)不同的地質(zhì)條件、儲(chǔ)層特征，應(yīng)選擇合適的壓裂方式，以便獲得更好的儲(chǔ)層改造效果。此外，隨著科技的進(jìn)步，新型壓裂技術(shù)在改造儲(chǔ)層方面也展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

1 水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理

1.1 壓裂原理

水力壓裂就是利用高壓水力作用，在儲(chǔ)層中形成人工裂縫，溝通遠(yuǎn)井帶油氣儲(chǔ)集區(qū)，擴(kuò)大泄油面積，提高油井產(chǎn)量的一種技術(shù)。

圖1 水力壓裂原理

原理：通過(guò)地面高壓泵組，由井筒向地層注入大排量、高粘液體，在井底產(chǎn)生極高的壓力，當(dāng)該壓力達(dá)到地層破裂壓力時(shí)，井底巖石被壓開(kāi)形成裂縫。繼續(xù)高壓高速注入攜帶支撐劑的液體，迫使裂縫向前延伸，壓裂停止后，支撐劑起到支撐裂縫作用，形成了具有一定尺寸的高導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使油氣輕松地通過(guò)裂縫流入井中，達(dá)到增產(chǎn)增注效果[1]。

1.2 增產(chǎn)機(jī)理

（1）改變流體形態(tài)：壓裂前，儲(chǔ)層流體形態(tài)為徑向流，壓裂后形成多條裂縫，變?yōu)殡p線性流，流體更易流入井筒。

（2）溝通油氣儲(chǔ)集區(qū)：低滲、超低滲儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，井底并不能連通所有的油氣聚集帶，通過(guò)壓裂產(chǎn)生的人工裂縫，可以有效的將油氣聚集帶與井筒連接起來(lái)，擴(kuò)大了供油區(qū)域，提高單井產(chǎn)量。

（3）克服井底附近地層的污染。

2 常見(jiàn)的幾種水力壓裂工藝

2.1 限流法壓裂

1985年，國(guó)外在改造油田表外薄互層開(kāi)發(fā)狀況方面，使用限流法進(jìn)行壓裂完井，使之前無(wú)法充分動(dòng)用的儲(chǔ)層得到了開(kāi)發(fā)，取得了較好的改造效果，增加了油田可采儲(chǔ)量，在保證油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用。國(guó)內(nèi)應(yīng)用水平井限流法壓裂首先開(kāi)始于大慶油田外圍，從1990年代至今，在改造薄差層方面大慶油田應(yīng)用該技術(shù)壓裂幾十口井，均取得很好的增產(chǎn)效果。

圖2 限流法壓裂過(guò)程示意圖

其技術(shù)原理為：通過(guò)嚴(yán)格控制炮眼數(shù)量和直徑，以盡可能大的排量施工，利用炮眼摩阻提高井底壓力，迫使壓裂液分流，使破裂壓力相近的地層依次壓開(kāi)，達(dá)到一次加砂能夠同時(shí)處理多層的目的[2]。

在鄂爾多斯盆地進(jìn)行低滲透油氣田開(kāi)發(fā)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到薄差層，其儲(chǔ)層破裂壓力基本接近，采用機(jī)械分隔往往難以操作，用限流法壓裂技術(shù)進(jìn)行壓裂時(shí)提高了多層壓開(kāi)程度、節(jié)約壓裂成本，能夠壓開(kāi)100米內(nèi)近10個(gè)以上薄層，非常適合低滲透薄差油層壓裂。

2.2 分段壓裂技術(shù)

圖3 滑套封隔器分段壓裂工藝

分段壓裂是在水平井段，將封隔器和壓裂滑套串在完井套管，根據(jù)設(shè)計(jì)要求將油氣儲(chǔ)層人為的分成幾段，用同一設(shè)備依次單段壓裂，以達(dá)到最大化儲(chǔ)層滲流能力、提高導(dǎo)流性和生產(chǎn)力的目的。分段壓裂技術(shù)具有針對(duì)性突出、可控性好、壓裂效果顯著等特點(diǎn)。常見(jiàn)的有以下幾種：水平井套管限流壓裂、滑套式封隔器分段壓裂、水平井雙封單卡分段壓裂等[3]。

2010年，中石化在鄂爾多斯盆地南部地區(qū)首先進(jìn)行水平井分段壓裂試驗(yàn)，其第1口試驗(yàn)井壓裂后最高日產(chǎn)油達(dá)29.0 t，相較與該地區(qū)平均油井日產(chǎn)量增加了數(shù)倍。到目前為止，累計(jì)壓裂水平井井500口左右，單井分段壓裂最多達(dá)19段，最高日產(chǎn)油128.5 t[4]。

2.3 水力噴射壓裂技術(shù)

水力噴射壓裂技術(shù)是利用高壓、高速流體，并攜帶支撐劑體進(jìn)行射孔，打開(kāi)井筒與儲(chǔ)層之間的通道后，進(jìn)一步提高流體排量，從而在儲(chǔ)層中造成裂縫的水力壓裂技術(shù)[5]。

長(zhǎng)慶油田結(jié)合其儲(chǔ)層特點(diǎn)：低滲且天然微裂縫較發(fā)育，首創(chuàng)了“多簇射孔、環(huán)空加砂、長(zhǎng)效封隔”的水力噴射環(huán)空壓裂工藝，解決了傳統(tǒng)水力噴射壓裂工藝使用過(guò)程中出現(xiàn)的噴嘴壽命短、加砂量少、單一裂縫增產(chǎn)效果不顯著的難題。該技術(shù)主要技術(shù)特點(diǎn)：采用雙級(jí)噴射器噴砂射孔，后環(huán)空加砂、油管補(bǔ)液注入地層，顯著降低了反濺傷害與噴嘴磨損，提高了壓裂管柱施工能力和作業(yè)效率。實(shí)踐應(yīng)用表明，該方法的使用能有效的提高了低滲、超低滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)效果[6]。

圖4 水力噴射壓裂技術(shù)

2.4 選擇性壓裂技術(shù)

利用油層內(nèi)不同部位或各油層間吸液能力不同的特點(diǎn)，通過(guò)投入暫堵劑封堵已有裂隙，以便壓裂液分流，從而在其它部位或?qū)觾?nèi)壓開(kāi)新裂縫，達(dá)到選擇性壓裂的目的。

圖5 暫堵劑入侵（左）與形成暫堵區(qū)（右）

該技術(shù)普遍應(yīng)用于油井重復(fù)壓裂，在進(jìn)行重復(fù)壓裂前，需要對(duì)之前壓開(kāi)的裂縫進(jìn)行暫堵，以便能獲得新的裂縫，溝通未被連通的儲(chǔ)集層，提高油井產(chǎn)量。

3 壓裂新技術(shù)

水力壓裂技術(shù)開(kāi)發(fā)油氣資源的一種可靠技術(shù)，在開(kāi)發(fā)低滲、超低滲及非常規(guī)儲(chǔ)層方面被廣泛使用。然而，水力壓裂也有其負(fù)面影響。水力壓裂引起的環(huán)境污染開(kāi)始引起人們的極大關(guān)注，壓裂液污染地下水，巨大的壓力可能引發(fā)地震等。

3.1 超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)

超臨界二氧化碳具有以下特點(diǎn)：密度與水借鑒；粘度極低；表面張力幾乎位零；不含固液相，對(duì)儲(chǔ)層無(wú)污染、無(wú)傷害。此外，采用CO2作為壓裂液體系，在地層中形成的CO2泡沫溶于水形成酸性液溶，對(duì)儲(chǔ)層能起到一定程度的溶蝕作用，在低滲、超低滲透儲(chǔ)層改造中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 高能氣體壓裂技術(shù)

利用炸藥及火藥在井底快速燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體，在井筒附近產(chǎn)生高速高壓氣流，達(dá)到巖石破裂強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生多條隨機(jī)裂縫，裂縫方位不受地應(yīng)力影響，溝通井筒與儲(chǔ)層，從而達(dá)到增產(chǎn)増注。主要不足在于裂縫延伸距離較短，且爆炸能量不易控制，容易對(duì)井筒產(chǎn)生損壞。

3.3 LPG壓裂技術(shù)

采用液化石油氣（LPG）作為壓裂液，其作用與水力壓裂的幾乎相同，特點(diǎn)在于無(wú)需反排、對(duì)地層沒(méi)有傷害。

4 結(jié)論及展望

水力壓裂作為改造儲(chǔ)層的主要技術(shù)，適應(yīng)性廣，增產(chǎn)增注效果顯著，在壓裂施工前應(yīng)充分研究地層特征，選擇適當(dāng)?shù)乃毫逊绞?，以便獲得最佳的增產(chǎn)效果；新型壓裂技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，隨著工藝的進(jìn)步，將會(huì)得到較大規(guī)模的應(yīng)用。

[1]章琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].石油大學(xué)出版社，2006.

[2]邢慶河,張士誠(chéng).水平井限流法壓裂技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2010(03):52-54+130-131.

[3]陳作,王振鐸,曾華國(guó).水平井分段壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].天然氣工業(yè),2007(09):78-80+136-137.

[4]何青,秦玉英,姚昌宇,陳付虎.鄂爾多斯盆地南部致密油藏水平井分段壓裂技術(shù)[J].斷塊油氣田,2014(06):816-818.

[5]唐穎,張金川,張琴,龍鵬宇.頁(yè)巖氣井水力壓裂技術(shù)及其應(yīng)用分析[J].天然氣工業(yè),2010(10):33-38+117.

[6]韓繼勇,逄仁德,王書(shū)寶,羅晶晶,陶紅勝,王偉剛.水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2015(01):48-50+3.