鄒立萍 王建平

摘要：世界的飛速發(fā)展愈加體現(xiàn)石油資源的重要性，石油是珍貴的不可再生資源，是支撐工業(yè)化進程、各國國民經濟騰飛的必要條件。全球石油資源稀少尤其是在我國，因此，如何做到有效開采愈加重要。本文對石油壓裂支撐劑作用機理及發(fā)展前景進行分析，以供參考。

關鍵詞：壓裂支撐劑;作用機理;發(fā)展前景

引言

通過實際調查發(fā)現(xiàn)，當改造一段時間低產油氣井壓裂后，會導致壓裂裂縫明顯失效，一定程度上不僅會影響到油氣井產量的明顯上升，而且也不利于企業(yè)今后的可持續(xù)發(fā)展道路。大多數(shù)低產油氣井企業(yè)為了促使單井產量實現(xiàn)不斷提高，在儲層蓋改造過程中，可以借助重復壓裂技術。

1壓裂支撐劑的分類

按加工工藝及使用的原材料不同，支撐劑可以分為天然石英砂、覆膜砂和陶粒3類，盡管陶粒和覆膜砂的支撐性能明顯好于天然石英砂，但其成本較高，天然石英砂仍是水力壓裂作業(yè)中的最常用的支撐劑。第一層是陶粒，高強度、尺寸和形狀均勻、抗溫、導流能力高;第二層是覆膜砂，中等強度、尺寸和形狀不規(guī)則、導流能力中等;第三層是天然石英砂，低強度、尺寸和形狀不規(guī)則、導流能力低。除了覆膜砂和陶粒外，近幾年出現(xiàn)了許多被賦予特種功能的人工壓裂支撐劑，由于價格高，其應用數(shù)量和規(guī)模有限，常常針對某一類特殊地層應用，多在常規(guī)壓裂支撐劑中混入少量使用，或專門用于壓裂設計優(yōu)化的先導井。

2壓裂技術原理及存在問題

基于低產油氣井初次壓裂問題之后，不管是外界因素還是壓力因素等方面，都會導致地應力狀態(tài)受到嚴重的破壞。在企業(yè)反復進行壓裂操作工序中，第一次的裂縫周邊會有不同程度的誘導應力場，結合之前的應力場影響，會在該區(qū)域范圍內構成協(xié)同應力場?；趹霎斨?，不管是井筒還是第一次裂縫的周邊范圍，都回形成再次的定向，伴隨著地層壓力的不斷減小，應力方向也會出現(xiàn)相應的變化，相比較于較小的水平主應力，有著較大水平的主應力下降的幅度明顯較大。與此同時，在地應力出現(xiàn)改變之后，當初期最小水平主應力不斷增大的基礎上，就會導致壓裂裂縫的方向出現(xiàn)改變。

3支撐劑的作用機理

撐劑的嵌入機理，當填砂裂縫閉合壓力增大時，支撐劑可能會嵌入地層改變裂縫縫寬，使寬度變小，裂縫導流能力下降嚴重。此外支撐劑濃度增大也會加劇嵌入對導流能力的傷害程度。閉合壓力和濃度值較小時，傷害表現(xiàn)并不明顯，但增大到一定值時危害就會體現(xiàn)出來。因此在油井進行水力壓裂前需要研究支撐劑嵌入機理，考慮其嵌入比例、彈性形變量對裂縫寬度的影響，在數(shù)值模擬的基礎上，對比分析支撐劑濃度、彈性模量等因素對裂縫寬度和導流能力的影響規(guī)律，用物模數(shù)據證明結論，避免嵌入情況發(fā)生。

4壓裂支撐劑新進展

4.1智能膨脹支撐劑

智能膨脹支撐劑是由熱固性形狀記憶聚合物材料制成，其形狀記憶效應可通過溫度等被激活產生膨脹，輕微釋放其存儲應力，開啟地層中的一些微小裂縫，而不至于壓碎巖石，起到保持或進一步增加縫寬和導流能力的作用。同時，支撐劑的膨脹性能在縫內激活后會產生人工屏障，防止支撐劑回流井筒。整個注入過程簡單，無需單獨壓裂泵注設備，可隨常規(guī)支撐劑一起按照設計泵序分批注入。路易斯安納州立大學開展了智能膨脹式支撐劑室內研究，物理模擬和數(shù)值模擬結果表明，智能膨脹式支撐劑自身強度及激活膨脹后的應力釋放對裂縫導流能力的影響最為顯著。

4.2電磁支撐劑是在低密度支撐

劑表面增加導電涂層，使其具有超導特性，用于壓裂裂縫監(jiān)測，克服微地震裂縫監(jiān)測技術無法分辨裂縫是否是被支撐劑充填的缺陷。美國卡博公司與康菲石油公司合作研發(fā)了基于電磁支撐劑的裂縫監(jiān)測技術，并在現(xiàn)場進行了試驗。壓裂車將涂有導電涂層的可探測支撐劑泵入地層，下入井下電場發(fā)生裝置產生特定頻率的電場。此時具有特殊超導特性的支撐劑產生攜帶了位置信息的二次感生電磁場，該二次感生信號可以被布置在地面的接收器接收，隨后應用反演算法將電磁場反推對支撐劑的分布進行精確成像，得到支撐劑的具體方位。采用低密度導電涂層20/40目支撐劑在美國二疊盆地一口水平井中進行了成功應用，實現(xiàn)了支撐劑的可視化功能，提高了壓裂效果評估的準確性。

4.3支撐劑的發(fā)展前景

支撐劑的發(fā)展前景，水力壓裂可以在低滲透、物性差的油藏內進行壓裂，本已不具備開采價值的油氣田會再次擁有產能，而支撐劑的性能對壓裂效果起到關鍵作用。另外，世界上頁巖油開采技術的突破也給支撐劑的發(fā)展帶來契機。為趕上壓裂技術的發(fā)展，支撐劑也應當在以下幾方面進行研究：（1）適應水平井壓裂技術需要，支撐劑的水平運移速度實際情況下會受到裂縫壁面、寬度以及支撐劑濃度的影響，當支撐劑粒徑與縫寬的比值較大時，支撐劑濃度發(fā)生變化，或者裂縫壁面潤濕性發(fā)生變化時，支撐劑的運移鋪置都會受到影響，無法跟上前置液的速度，導致壓裂效果變差。目前市場上支撐劑的性能已經不能達到這些要求，隨著水平井壓裂技術的日趨成熟，研發(fā)出性能更優(yōu)、增產效果更好的支撐劑迫在眉睫;（2）降低支撐劑密度，由于低密度支撐劑所受重力小、體積大、浮力大，在縫高的方向沉降速度緩慢，支撐效果明顯，這樣能夠得到的有效裂縫支撐面積也就越大，因此如何在保持優(yōu)質性能的條件下研制出低密度的支撐劑也是未來的一個研究方向;（3）要經濟環(huán)保，隨著工業(yè)不斷發(fā)展，工廠生產同時也排出許多固體廢棄物，造成環(huán)境上困擾，可用這些廢棄物來制造支撐劑，節(jié)省成本保護環(huán)境又緊貼時代可持續(xù)發(fā)展的綠色思想。

結束語

簡而言之，通過實際調查發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)代化發(fā)展背景下，低產油氣井企業(yè)為了能夠促使單井的產量不斷提高，在改造重復壓裂技術過程中，最合理的方式及時強制性裂縫轉向重復壓裂技術。具有較強成功率以及較強適用性的壓裂技術，不僅保證壓裂操作穩(wěn)定進行，而且也是企業(yè)提高產量的重要保證。在此項技術應用過程中，為了得到高質量的裂縫轉向壓裂效果，在應用強制性裂縫轉向重復壓裂技過程中，相關工作人員就必須把控好轉向劑的加入速度，確保此項技術的價值能夠真正發(fā)揮。

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