淺析壓裂技術(shù)和壓裂液優(yōu)選

楊帆

關(guān)鍵詞：壓裂技術(shù);壓裂液;優(yōu)化選擇

對低滲透油氣儲層和低產(chǎn)油氣井實施壓裂改造，是油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的一項重要舉措。但不同區(qū)塊、儲層和油井井下情況存在很大差異，結(jié)合井況條件選擇適用的壓裂技術(shù)和壓裂液，才能達到最佳的壓裂效果。

1 壓裂技術(shù)工藝研究

1.1 壓裂技術(shù)的工作原理

為了使封隔器坐封并密封油套環(huán)形空間分隔油層。壓裂時利用整體導(dǎo)壓噴砂器中的節(jié)流裝置或下面的節(jié)流嘴產(chǎn)生的壓力損失，使壓裂液在泄壓后封隔器自動解封，并且經(jīng)噴砂口進入地層。安全接頭、水力錨、封隔器、導(dǎo)壓噴砂器、節(jié)流嘴等組成是壓縮式封隔器主要的配套設(shè)備，它能夠結(jié)合低密射孔完井技術(shù)進行多層壓裂，利用單壓下層管柱或選壓任意層管柱。以此來增加石油開采，達到增產(chǎn)的效果。

1.2 壓裂配套的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.2.1 裂縫轉(zhuǎn)向機理分析

由于儲層壓力、構(gòu)造壓力變化等多種因素的影響，無論裂縫在何處啟裂，它總是沿著最大主應(yīng)力方向延伸。最大誘導(dǎo)應(yīng)力垂直于裂縫，最小誘導(dǎo)應(yīng)力平行于裂縫，所以它等于裂縫閉合后作用在支撐劑上的凈壓力。另外又因為巖石力學(xué)、水力壓裂力學(xué)理論，使得裂縫附近的誘導(dǎo)應(yīng)力區(qū)形狀被拉伸時，最大和最小水平主應(yīng)力有時就發(fā)生反轉(zhuǎn)。在裂縫轉(zhuǎn)向機理中，受誘導(dǎo)應(yīng)力的影響和控制，容易到達橢圓形應(yīng)力反轉(zhuǎn)區(qū)的邊界，這是重復(fù)壓裂時裂縫啟裂時，方向垂直于初次壓裂裂縫的方向延伸的結(jié)果。

1.2.2 長縫型混合水體積壓裂技術(shù)

長縫型混合水體積壓裂技術(shù)是采用小粒徑的支撐劑，低砂比、低黏度的壓裂液，以大液量、大排量、大砂量的方式注入井中，使其在主裂縫的側(cè)向強制形成次生裂縫，并在次生裂縫上繼續(xù)分枝形成二級次生裂縫，實現(xiàn)對天然裂縫、巖石層理的溝通，使主裂縫與多級次生裂縫交織形成裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

由于長慶低滲透儲層壓力系數(shù)低，為了提高排液速度，采用油套同注的方式則更具優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為施工過程易控制，安全性能高。另外，經(jīng)過對工藝的研究，認為混合水壓裂施工排量大，采用油套同注或光套管注入均能滿足施工條件，同時能夠快速沖砂排液，減短壓裂液在地層的滯留時間。

1.2.3 壓裂暫堵工藝技術(shù)

由于油田儲層非均質(zhì)嚴重， 導(dǎo)致壓裂造縫不充分，容易造成砂堵，壓裂施工不成功，影響壓裂的效果。又因為儲層間矛盾突出，一次壓裂的層多、跨度大，且地層存在多裂縫，造成地層濾失嚴重。這種情況下，為保證壓裂順利進行，壓裂設(shè)計采取在前置液中加入油溶性暫堵劑SL-Y，封堵一部分高滲透條帶，確保地層造縫充分。

2 壓裂作業(yè)技術(shù)特點

壓裂作業(yè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了半個世紀，初期是主要是針對一些低孔滲結(jié)構(gòu)油藏實施小規(guī)模壓裂。隨著鉆采技術(shù)進步，水基壓裂液研發(fā)應(yīng)用后能顯著降低壓裂液在壓裂作業(yè)中的磨阻，進一步提升了壓裂作業(yè)泵效。但因為配套技術(shù)不完善，存在壓裂成功率較低等問題。隨著先進的壓裂作業(yè)機械設(shè)備和機組的研發(fā)應(yīng)用，壓裂技術(shù)也得到了進一步改善，特別是壓裂液、壓裂軟件等配套技術(shù)進步，使油田壓裂作業(yè)由傳統(tǒng)單井壓裂向區(qū)塊壓裂、壓裂儲層也由單層壓裂向多層壓裂轉(zhuǎn)變，基于油氣藏鉆采理論和巖石力學(xué)理論，壓裂技術(shù)不斷進步，推進了低滲透油藏更好地開發(fā)。在油田壓裂作業(yè)中，常用壓裂技術(shù)主要有以下幾種：

2.1 避射技術(shù)

借助聲波測井資料分析，因為夾層的地質(zhì)較為松軟，而油層地質(zhì)相對較硬，所以夾層更易造縫成功，夾層中存在較薄的泥巖層，對裂縫產(chǎn)生不會有明顯的阻礙，所以形成的裂縫存在嚴重的波動。因此，通過實施壓裂避射技術(shù)，有針對性的對油層上下部位都避開幾米距離進行射孔壓裂造縫，避免了夾層被壓開較多無用裂縫。該技術(shù)可較好地控制裂縫高度，能有針對性的壓裂開油層，從而提升油井產(chǎn)能。但在應(yīng)用避射技術(shù)時應(yīng)該注意，因為井下油層巖性質(zhì)地較硬，在泥巖夾層較薄情況下，可以應(yīng)用井下油層頂、底避射技術(shù)，增強壓裂效果。在對正韻律儲層進行壓裂作業(yè)時，必須要提前掌握儲層底部的厚度情況，因為該類儲層底部具有較高的滲透率，可通過水驅(qū)方式達到增產(chǎn)目的，在壓裂作業(yè)時也可通過定向造縫使縫隙下移，壓開較薄的泥巖隔層，達到增產(chǎn)的目的。

2.2 前置液處理技術(shù)

前置液處理技術(shù)主要是前置酸預(yù)處理后再進行壓裂作業(yè)，主要針對的是具有較高破裂壓力的儲層，應(yīng)用材料主要是土酸類物質(zhì)，將這些土酸物質(zhì)在壓裂前就擠入井筒，可以達到降低破裂壓力的目的，從而降低壓裂作業(yè)難度，一般可降低4-6MPa破裂壓力。同時，還能借助前置液有效清理井壁產(chǎn)生的一些堵塞物，提升油氣通道的暢通性，減小壓裂作業(yè)壓力。

2.3 限流壓裂技術(shù)

限流壓裂主要是調(diào)節(jié)不同井下儲層的射孔數(shù)量，根據(jù)不同儲層含油量，形成不同的孔眼壓差，確保在符合地面壓裂設(shè)備性能的條件下，以最大的排量注入壓裂液，使最早壓開的地層流入更多的壓裂液，并加大炮眼的磨阻，使井下儲層不會滲入過多的液體，讓壓裂液有針對性的流入其他地層，實現(xiàn)一次性壓裂多個儲層、有效壓裂油氣富集儲層的目的。

2.4 整體壓裂改造技術(shù)

對低滲透油藏區(qū)塊而言，實施單井或井組壓裂，作業(yè)效益不高。隨著井下裂縫監(jiān)測、地層應(yīng)力監(jiān)測等技術(shù)的進步，對油田區(qū)塊整體地質(zhì)構(gòu)造情況和參數(shù)認識不斷深化，并且配套的壓裂機械設(shè)備等也不斷改進，特別是大排量、大壓力機組的產(chǎn)生，便于對低滲透油田區(qū)塊進行整體壓裂，能顯著提升壓裂作業(yè)效益。

3 壓裂液的優(yōu)化選擇

3.1 田菁膠壓裂液

田菁膠壓裂液在國內(nèi)油田應(yīng)用較多，該類壓裂液在井下較低的地層溫度下粘度較好，具備較強攜砂性和較小磨阻，使用成本較低，且在現(xiàn)場配置應(yīng)用較為方便。田菁膠壓裂液在與硼砂交聯(lián)之后，對溫度適應(yīng)性減弱，可應(yīng)用在80℃以下的淺井壓裂中。但與有機鋯交聯(lián)后，能明顯提升溫度適應(yīng)范圍，最高可耐受150℃的高溫，便于在深井壓裂中應(yīng)用，但需要前置液較多，易造成儲層損害和污染。

3.2 羥丙基田菁壓裂液

針對普通田菁膠壓裂液易在井下產(chǎn)生殘渣等污染物傷害儲層的問題，經(jīng)過改進后形成新型水基壓裂液--羥丙基田菁壓裂液。主要是將普通型壓裂液中的半乳某露聚糖在特定條件下與羥丙基發(fā)生醚化反應(yīng)，形成新的壓裂液，以有機鈦或硼砂作為交聯(lián)劑，可承受145℃左右的高溫，并具備較強的攜砂性和較小的磨阻，能大幅減少井下殘渣類物質(zhì)的生成量，但依然對儲層存在一定的傷害。

3.3 羥丙基胍膠壓裂液

當前油田壓裂中該類壓裂液應(yīng)用較多，原材料大多為進口胍膠膠片和原粉，利用國內(nèi)設(shè)備進行改性加工處理后，可使應(yīng)用后井下殘渣生成量占比下降到2%左右，經(jīng)過處理后該類型壓裂液與原粉的粘度大體相同。研究適用的交聯(lián)劑，可配合形成適應(yīng)不同溫度的羥丙基胍膠壓裂液，特別是與有機硼物質(zhì)進行雙元交聯(lián)后，可明顯提升其耐溫性能，具備更強的攜砂性，破膠化水比較完全，能實現(xiàn)有效地返排，可以顯著降低對儲層的損害。根據(jù)實際區(qū)塊的應(yīng)用需要，可以適當添加激活劑和氧化劑，生成能滿足適應(yīng)超低溫環(huán)境的壓裂液體系，并實現(xiàn)破膠化水。通過實驗和現(xiàn)場應(yīng)用，證明羥丙基胍膠壓裂液應(yīng)用的井下溫度環(huán)境可在30℃-150℃，具備較強的適應(yīng)性。

3.4 油基型壓裂液

該類壓裂液對儲層保護性最強，尤其在水敏性儲層和低壓儲層的壓裂作業(yè)中應(yīng)用優(yōu)勢明顯，未來隨著技術(shù)完善，應(yīng)用將進一步普及。同時，因不同壓裂液的理化性能存在差異，需根據(jù)實際情況在應(yīng)用中添加有機硼、有機鈦等交聯(lián)劑，以及甲醛等殺菌劑、液氮或柴油等降濾失劑、硫酸銨等化水劑。為提升壓裂效果，現(xiàn)在壓裂作業(yè)前多需要提前向井下注入濃度為2%的氯化鉀，驅(qū)替出井下的泥漿等物質(zhì)，便于減少壓裂作業(yè)中的污染物。

4 結(jié)論

綜上所述，壓裂技術(shù)和壓裂液類型較多，在壓裂作業(yè)中要根據(jù)不同技術(shù)和壓裂液應(yīng)用特點優(yōu)化選擇應(yīng)用，同時不斷完善壓裂設(shè)備、配套技術(shù)等，提升壓裂液性能，確保能滿足不同類型油藏的壓裂作業(yè)。

參考文獻：

[1]杜玉寶.壓裂效果判斷與研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報，2011 （01）.