編譯 ｜ 張領(lǐng)宇

納米襲來(lái)，壓裂革新！“納”些不得了的技術(shù)

編譯 ｜ 張領(lǐng)宇

幾年前，人們普遍認(rèn)為納米技術(shù)需要過(guò)很多年才能真正用于油田實(shí)踐；但在今天，大量的納米技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)在油氣勘探和開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。貝克休斯走在油田納米技術(shù)應(yīng)用的最前沿，本文將介紹幾種對(duì)油氣勘探開發(fā)產(chǎn)生重大影響的納米技術(shù)新產(chǎn)品。

納米技術(shù)包括納米級(jí)的科學(xué)、工程和技術(shù)領(lǐng)域，涵蓋了納米成像、測(cè)量、模擬以及納米級(jí)物質(zhì)操控。Baker Hughes是為全球油氣行業(yè)提供油田服務(wù)、產(chǎn)品和技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)之一，一直走在油田納米技術(shù)導(dǎo)向產(chǎn)品應(yīng)用的前沿。

納米技術(shù)產(chǎn)品所實(shí)現(xiàn)的功能是其他產(chǎn)品無(wú)法企及的，IN-Tallic可降解壓裂球就是該技術(shù)的一個(gè)代表。

IN-Tallic可降解壓裂球是由納米級(jí)可控電解金屬材料組成，該材料比鋁輕、比低碳鋼強(qiáng)度大，但在特定流體條件下會(huì)降解。降解過(guò)程通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成，其主要受復(fù)合顆粒結(jié)構(gòu)的納米級(jí)包覆層所控制。上述納米結(jié)構(gòu)材料具有常規(guī)材料所不具備的高強(qiáng)度和獨(dú)特化學(xué)特性。

IN-Tallic可降解壓裂球在壓裂過(guò)程中能夠保持其原有形狀和強(qiáng)度，隨后在井投產(chǎn)前或投產(chǎn)后短時(shí)間內(nèi)降解。浸泡在鹽水中的壓裂球會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸降解，也就是說(shuō)降解過(guò)程通常發(fā)生在壓裂液和井筒流體存在的情況下，無(wú)需人為添加其他特殊流體。

Baker Hughes的FracPoint分段壓裂系統(tǒng)采用IN-Tallic壓裂球，這種帶活化壓裂球的壓裂系統(tǒng)能夠快速連續(xù)地進(jìn)行水力壓裂。上述系統(tǒng)安裝好后，使用裸眼封隔器或水泥環(huán)對(duì)儲(chǔ)層段進(jìn)行分段。之后壓裂管柱開始作業(yè)，將各種尺寸的壓裂球借助泵注的壓裂液從地表投到目的層段，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)壓裂過(guò)程。壓裂完成后，油氣井可以立即投產(chǎn)，IN-Tallic壓裂球在井內(nèi)降解，以確保油氣流動(dòng)通道暢通且無(wú)油管阻力。整個(gè)壓裂過(guò)程避免了起下鉆操作，減少泵注時(shí)間的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了油藏泄油面積的最大化。

Baker Hughes的SHADOW系列壓裂橋塞是一種永久性橋塞，生產(chǎn)過(guò)程中被設(shè)計(jì)留在了井底，完全省去了分段射孔完井時(shí)鉆穿橋塞的階段。該橋塞的特點(diǎn)在于具有較大的流動(dòng)內(nèi)徑，并且使用了IN-Tallic可降解壓裂球，因此油氣可就地流過(guò)橋塞，在節(jié)省時(shí)間、降低成本的同時(shí)，消除了撓性油管(CT)阻力帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

2013年，分段壓裂系統(tǒng)的壓裂球采用Schlumberger的ELEMENTAL可降解專利技術(shù)。這種鋁質(zhì)金屬材料可以在數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)完全降解，降解時(shí)間取決于壓裂球的尺寸、溫度和其他井下條件，這消除了壓裂球被卡住需要清除的風(fēng)險(xiǎn)。

Baker Hughes也在大力發(fā)展其與“水力壓裂”相關(guān)的服務(wù)技術(shù)。粘彈性表面活性劑（VES）溶液被廣泛用作增產(chǎn)液，包括礫石充填液、壓裂充填液以及壓裂液。但它們?cè)诟邷貤l件下容易導(dǎo)致粘度降低且在裂縫中漏失量很大，上述缺點(diǎn)限制了其在水力壓裂和壓裂充填措施中的應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果表明：加了納米顆粒材料的粘彈性表面活性劑（VES）溶液可以在高溫下保持較高粘度且可控制其增產(chǎn)液的漏失量。

此外，Baker Hughes還研發(fā)出了采用高表面張力的特殊固體材料制成的納米級(jí)微粒固結(jié)劑，用以捕集或固結(jié)地層中的微粒。上述納米級(jí)材料被添加到水力壓裂支撐劑充填層或礫石充填層，以在上述充填層中起穩(wěn)定地層微粒的作用。這種納米微粒材料，由于其很大的表面積，可以制成“納米海綿”，通過(guò)在支撐劑顆粒或礫石顆粒接觸點(diǎn)捕集或滯留地層微粒來(lái)發(fā)揮穩(wěn)定地層微粒的作用。上述舉措可以阻止地層微粒運(yùn)移或穿過(guò)支撐劑充填層或礫石充填層，避免污染近井地帶或堵塞防砂篩管。

目前，盡管油氣能源價(jià)格低迷，這促使投資商和分析師們重新審視油氣生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)的盈虧價(jià)格，以確定該領(lǐng)域的新興技術(shù)在實(shí)用層面和經(jīng)濟(jì)層面上是否具有進(jìn)一步研發(fā)的必要，但“納米”技術(shù)為油氣的勘探開發(fā)帶來(lái)了令人振奮的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)是確定無(wú)疑的。