水力壓裂在油氣田勘探開發(fā)中的運(yùn)用之研究

夏玉磊 蘭建平 詹勇

（1中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018）（2中國石油集團(tuán)二氧化碳壓裂增產(chǎn)研究室，陜西 西安 710018）

水力壓裂在油氣田勘探開發(fā)中的運(yùn)用之研究

夏玉磊12蘭建平12詹勇1

（1中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018）（2中國石油集團(tuán)二氧化碳壓裂增產(chǎn)研究室，陜西 西安 710018）

在油氣田勘探開發(fā)中，水力壓裂技術(shù)被認(rèn)為是一項重要的配套技術(shù)，其在保持油氣田穩(wěn)產(chǎn)增長上發(fā)揮了重要的作用。在本文，筆者主要探究油氣田勘探開發(fā)中水利壓裂技術(shù)的運(yùn)用。

油氣田；勘探；開發(fā)；水力壓裂

水力壓裂是在油氣井中高壓泵入數(shù)百萬加侖的壓裂液，用以在儲層中鑿縫。自1947年首次于美國應(yīng)用以來，水力壓裂技術(shù)現(xiàn)已在全球得以廣泛應(yīng)用，且在油氣田勘探開發(fā)中起到了十分重要的作用。在油氣田勘探開發(fā)中，目前以多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂、同步壓裂及重復(fù)壓裂等水力壓裂技術(shù)較為常用，具體如下：

1 、多級壓裂

多級壓裂是一項先用限流技術(shù)或封堵球分隔儲層的不同層位、再分段壓裂的技術(shù)。多級壓裂具有目標(biāo)明確、增產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠淇砂磧拥暮瑲庑裕葘ν痪鄣牟煌恢瞄_展針對性的分段，再單獨(dú)進(jìn)行壓裂。目前，多級壓裂劃分為滑套封隔器分段壓裂、水平井多級可鉆式橋塞封隔分段壓裂兩種，其中前者的成本低、作業(yè)時間短，但工藝較為復(fù)雜；后者可快速鉆掉橋塞，從而縮短了地層上液體的停留時間及減輕了其對地層的損害，但要求控制好封隔器與滑動套管的安全性和可靠性。

2 、清水壓裂

清水壓裂是先用含必要表面活性劑、黏土穩(wěn)定劑和減阻劑的水力壓裂液代替凝膠壓裂液，再在裂隙網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)入壓力支撐劑，從而保證了裂隙長度，減小了對地層的傷害，節(jié)約了3/10的成本。目前，常用的清水壓裂是混合的清水壓裂，或稱減阻水壓裂，即在傳統(tǒng)的清水壓裂液中添加支撐劑、減阻劑和凝膠等。研究表明，清水壓裂經(jīng)巖石的天然裂隙注入壓裂液，且具有較高楊氏模量的巖石更易產(chǎn)生粗糙的節(jié)理，從而提高了裂隙的導(dǎo)流水平，表明清水裂隙適合在楊氏模量高、天然裂隙發(fā)育的巖石地層。另外，從巖石的滲透率來看，清水壓力的應(yīng)用效果顯著。

3 、水平噴射壓裂

水平噴射壓裂是一項儲層改造技術(shù)，其利用了水射流的獨(dú)特性，并結(jié)合了水力壓裂與水力射孔技術(shù)，即：借助高壓、高速流體攜帶砂體射孔，開通井筒與地層間的通道，以增加流體的排量及打開地層裂隙。據(jù)此，水平噴射壓裂未用密封裝置，而是在多個位置上沿水平井進(jìn)行連續(xù)、獨(dú)立的壓力改造。目前，水平噴射壓裂的常用工藝包括水力噴射酸化壓裂、環(huán)空壓裂和輔助壓裂等。研究表明，水平噴射壓裂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定向射孔造縫、減少地層污染、無需封隔、施工操作簡單、效益高及周期短等；缺點(diǎn)是井下施工條件嚴(yán)苛即對水力噴射工具的要求高，從而制約了該項技術(shù)在油氣田勘探開發(fā)中的應(yīng)用。

4 、重復(fù)壓裂

重復(fù)壓裂是一項在同一口井開展至少2次壓裂的技術(shù)。在油氣田勘探開發(fā)中，裂隙在初次壓開后易因裂隙閉合、固體顆粒堵塞和支撐劑破碎等原因引起裂隙導(dǎo)流能力降低，從而導(dǎo)致裂隙失效。對此，重復(fù)壓裂可重新壓開裂隙或使裂隙重新取向，其裂隙重新取向可繞開地層傷害區(qū)，并在儲層、高空隙壓力區(qū)與井筒間重新建立滲流通道，從而恢復(fù)低產(chǎn)能油氣井的原始產(chǎn)率及使其采收率得以提高。目前，國內(nèi)外常用的重復(fù)壓裂技術(shù)包括層內(nèi)壓出新裂隙、改向重復(fù)壓裂和延伸原有裂隙三種，注意重復(fù)壓力并非新的壓裂技術(shù)，應(yīng)當(dāng)理解為是一種壓裂作業(yè)工藝，其應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)是合理選擇候選井。

5 、同步壓裂

同步壓裂是同時壓裂至少2口配對井，其基本原理如下：在高壓條件下，使支撐劑和壓裂液沿最短距離從一口井運(yùn)移向另一口井，以擴(kuò)大水力壓裂裂縫網(wǎng)的表面積及增加其密度，同時借助井間的連通性，提高工作區(qū)裂隙的強(qiáng)度和程度，以增加天然裂隙的連通率。2006年，美國Barnett頁巖中首先應(yīng)用了同步壓裂技術(shù)。經(jīng)過多年的實(shí)踐表明，在頁巖氣井中，同步壓裂可實(shí)現(xiàn)短期增產(chǎn)，且具有降低壓力成本、完井速度快及環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。

6 、應(yīng)用討論

以頁巖氣開發(fā)為例。水力壓裂的原理如下：借助儲層的誘導(dǎo)或天然裂縫系統(tǒng)，在地層中高壓注入含添加劑的壓裂液，以擴(kuò)大儲層裂隙網(wǎng)，同時使用支撐劑，以防在壓裂液返回后裂隙封閉，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。由于裂縫系統(tǒng)是注入壓裂液的通道和氣體溢出的通道，因此水力壓裂的應(yīng)用效果直接取決于儲層與壓裂液的配伍性。據(jù)此，頁巖水力壓裂的應(yīng)用要求明確壓裂液配制、裂縫系統(tǒng)兩個關(guān)鍵因素。鑒于頁巖氣開采效益與天然裂隙發(fā)育直接相關(guān)，因此在頁巖氣水力壓裂中，盡量選取天然裂隙發(fā)育明顯的層位，以改善壓裂作業(yè)效果，同時天然裂隙可促進(jìn)或抑制誘導(dǎo)裂隙的發(fā)展。另外，不僅僅是頁巖氣開發(fā)，在任何油氣田勘探開發(fā)的水力壓裂中，壓裂的最終效果都與壓裂液及其性能有關(guān)，其中以控制添加劑的類型、比重最為關(guān)鍵，即：按壓裂液返回、微生物活動、有機(jī)質(zhì)與硅質(zhì)的生成潛力、黏土含量、泵速及壓力等因素選擇壓裂液添加劑，同時要求注意下列事項：倘若儲層含有較多的水敏性礦物，則應(yīng)增加防塌劑的占比，以防礦物溶解堵縫；對于一些淺井，應(yīng)增加抗菌劑的占比，以控制微生物堵縫及清除腐蝕性產(chǎn)物。

結(jié)語：

綜上，在油氣田勘探開發(fā)中，水力壓裂技術(shù)是一項重要的配套技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與生產(chǎn)過程的有機(jī)結(jié)合，從而提高了生產(chǎn)水平，加快了生產(chǎn)速度，減緩了綜合遞減率及增加了油氣的可采儲量。

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