油田壓裂技術(shù)和壓裂液的優(yōu)化

柳海嘯，李亦白，王慶龍，魏舒，李凌宇

(1.中海石油(中國)有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300459；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在我國綜合國力不斷提升的今天，化石能源的需求相比以往有著大幅提升，我國每年石油資源的進(jìn)口量與國內(nèi)開采量屢創(chuàng)新高。在開采石油過程中，由于地下油氣儲層的性質(zhì)千差萬別，為了將油氣資源順利地開采出來，需要開采企業(yè)有針對性地選用壓裂技術(shù)，所以壓裂技術(shù)是否科學(xué)將決定著油田開采效率[1-3]。在壓裂技術(shù)應(yīng)用過程中，壓裂施工技術(shù)與壓裂液是成功應(yīng)用壓裂技術(shù)的關(guān)鍵，也是決定壓裂技術(shù)今后發(fā)展方向的重要因素[4-7]。

1 油田壓裂技術(shù)的簡述

在油田開采階段，對于地質(zhì)復(fù)雜、滲透率低、孔隙度低的油氣儲層，為了進(jìn)一步提升油田的開采效率，大多開采企業(yè)會采用壓裂技術(shù)來完成油田開采任務(wù)。在孔隙度與滲透率低，油氣資源埋藏深度比較大的地區(qū)，壓裂技術(shù)的開采效果顯著由于其他開采技術(shù)。此外，隨著壓裂技術(shù)的不斷進(jìn)步，水基壓裂液應(yīng)運(yùn)而生，不僅可降低壓裂液的摩擦阻力，而且可提升壓裂泵的工作效率。然而，由于壓裂液的研發(fā)尚處于起步階段，所以應(yīng)用效果還需要進(jìn)一步檢驗(yàn)。此外，為了滿足我國油田的開采需求，我國相繼從外國購置了先進(jìn)的壓裂機(jī)組與設(shè)備，壓裂技術(shù)同樣在我國得到了快速發(fā)展，不僅可應(yīng)用于低滲透油田的開采，而且開采效率顯著提升。隨著我國經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的不斷加快，我國壓裂技術(shù)也相當(dāng)成熟，無論是在壓裂技術(shù)，還是壓裂液的研發(fā)，均比以往有著跨越式的進(jìn)步。

2 油田壓裂技術(shù)的特點(diǎn)

(1)避射技術(shù)。在渤南油田開發(fā)早期，對放射性測井曲線、多口油井的井溫曲線進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，油層中缺乏良好的造縫，而造縫情況大多出現(xiàn)在地下夾層中，增加了石油開采難度。另外，通過分析聲波測井參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)情況在夾層與油層中存在差異，較硬的地質(zhì)多分布在油層中，而夾層中的地質(zhì)硬度要小于油層，從而使造縫現(xiàn)象在夾層中表現(xiàn)得更加明顯，加之泥巖厚度在夾層中比較小，導(dǎo)致裂縫延伸趨勢受阻，裂縫的波動也就相應(yīng)加強(qiáng)。因此，開采企業(yè)需借助壓裂避射技術(shù)，即采取措施防止夾層被壓開，并確保地下油層的上部與下部可以避射一段距離。在運(yùn)用避射技術(shù)后，裂縫高度可以得到良好控制，油田開采效率與產(chǎn)量提升明顯。在應(yīng)用避射技術(shù)時，需注意以下內(nèi)容：①如果泥巖夾層厚度小、強(qiáng)度低，且地下油層巖性強(qiáng)度大時，可分別在地下油層底部、頂部運(yùn)用避射技術(shù)。另外，如果平層泥巖因厚度小而無法對裂縫上下波動進(jìn)行限制時，可直接在頂?shù)走\(yùn)用避射技術(shù)來提升油田開采效率，具有顯著的增產(chǎn)效果。②在運(yùn)用壓裂技術(shù)時，由于地下油氣儲層底部有著較高的滲透率，所以開采企業(yè)要對地下油氣儲層底部厚度進(jìn)行測量，并在開發(fā)底部過程中，使用水驅(qū)方式實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。在壓裂施工階段，裂縫可通過不間斷的造縫實(shí)現(xiàn)下移，致使厚度一定的泥巖隔層被壓開，降低石油開采難度。

(2)前置液處理技術(shù)。如果采油區(qū)塊存在較高的破裂壓力，采油單位需要在預(yù)處理過程中使用酸性物質(zhì)，隨后才可正式開始壓裂施工。在施工前，將酸性物質(zhì)擠入至井筒中，有助于降低破裂壓力，最多可降低6 MPa，并且可起到疏通井筒的作用，提升通道的滲流效果，降低壓裂施工的難度。

(3)限流壓裂技術(shù)。限流壓裂技術(shù)的應(yīng)用，可通過調(diào)節(jié)地下層中射孔的數(shù)量，使得地下層中各個孔眼的壓差存在一定差異，有助于提升壓裂液的注入量，并且地面壓裂設(shè)備的工作效率也會得到充分保障。一般來說，當(dāng)?shù)貙颖粔洪_后，地層上部會涌入更多的液體，導(dǎo)致炮眼摩擦阻力快速增加，提升了液體進(jìn)入地下儲層的難度，壓裂液也就會因此滲透至其他地層之中，使得經(jīng)過一次壓裂作業(yè)后，其他地下儲層也同樣會受到壓裂作用，提升壓裂的效果與效率。

(4)整體壓裂改造技術(shù)。在使用單井壓裂技術(shù)或者井組壓裂技術(shù)時，所收獲的壓裂效果并不會十分理想。隨著裂縫監(jiān)測技術(shù)、地應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用技術(shù)水平的不斷提升，采油單位可以更加詳盡地了解采油區(qū)塊的整體地質(zhì)構(gòu)造，并且由于我國壓裂配套設(shè)備的現(xiàn)代化程度不斷提升，大壓力、大排量機(jī)組的應(yīng)用更加廣泛，所以可顯著提升低滲透油田的壓裂效果，開采量也會得到充分保障。

3 油田壓裂技術(shù)的優(yōu)化路徑

(1)加大低滲透油田壓裂技術(shù)的研發(fā)力度。在開采低滲透油田過程中，壓裂技術(shù)發(fā)揮著重要作用，并且也有助于保障開采效率與產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)階段，能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，所以在開采規(guī)模不斷擴(kuò)大的今天，油田開采難度與日俱增，地下儲層構(gòu)造變得更加復(fù)雜。唯有不斷地研發(fā)出新的壓裂技術(shù)、壓裂工藝，實(shí)現(xiàn)對油田整體區(qū)塊的科學(xué)改造，才是提升油田開采量的唯一路徑。

(2)深入研究返排液的處理與再利用技術(shù)。壓裂新技術(shù)中的研發(fā)關(guān)鍵是注重返排液的處理與再利用技術(shù)的研究。為了提升采油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，控制油田壓裂成本是管理者的當(dāng)務(wù)之急。選用高效、環(huán)保的壓裂液，不僅可實(shí)現(xiàn)綠色化的油田開采，提升返排液的處理與再利用效率，不僅使油田增產(chǎn)，也有助于降低油田壓裂成本。

(3)提升壓裂技術(shù)配套的水平。為了盡快達(dá)到國外壓裂技術(shù)的應(yīng)用水平，我國除了要積極汲取外國壓裂技術(shù)中的精髓外，還應(yīng)加大新型壓裂技術(shù)的研發(fā)力度，將壓裂技術(shù)貼上中國的標(biāo)簽。當(dāng)前，我國在裸眼封隔器分簇射孔技術(shù)在研究進(jìn)展十分迅速，并且取得了關(guān)鍵突破，有助于提升致密油氣的分段改造效果。與此同時，國外微地震波裂縫監(jiān)測技術(shù)十分先進(jìn)，我國也要在引進(jìn)此類先進(jìn)技術(shù)的同時，實(shí)施二次開發(fā)，努力使微地震波裂縫監(jiān)測技術(shù)可以與我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。

(4)壓裂技術(shù)向體積壓裂改造轉(zhuǎn)型。以我國各大油田儲層特點(diǎn)為基礎(chǔ)，對當(dāng)前廣泛應(yīng)用的壓裂技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究，使新型壓裂技術(shù)體系可以適用于我國儲層結(jié)構(gòu)。在研究過程中，科研人員要針對我國儲層特點(diǎn)，對傳統(tǒng)壓裂技術(shù)的進(jìn)行升級改造，分析當(dāng)前壓裂技術(shù)中存在的技術(shù)弊端，逐個解決問題。

4 壓裂液的研究與優(yōu)化措施

(1)普通田菁壓裂液。在部分油田開采中，普通田菁壓裂液可以在低溫條件下使用，而且攜砂功能也十分突出，降低開采阻力，有助于降低開采成本。與其他壓裂液相比，普通田菁壓裂液可以在油田開采現(xiàn)場配置，使用十分便捷。當(dāng)普通田菁壓裂液與硼砂交聯(lián)應(yīng)用后，降低了壓裂液的溫度適應(yīng)能力，嚴(yán)禁應(yīng)用于大于80 ℃的油井開采作業(yè)。然而，當(dāng)普通田菁壓裂液與有機(jī)鋯交聯(lián)后，交聯(lián)后的壓裂液可以承載更高的溫度，大多應(yīng)用在井下溫度在150 ℃的深井壓裂施工作業(yè)場合，缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)更多的前置液，加劇了地下儲層的損害。

(2)羥丙基田菁壓裂液。與普通田菁壓裂液相比，羥丙基田菁壓裂液的優(yōu)勢在于不會產(chǎn)生過多的殘渣物質(zhì)，而且可降低對地下油氣儲層的損害。羥丙基田菁壓裂液是將普通田菁壓裂液中的半乳甘露聚糖在特定條件下與羥丙基發(fā)生醚化反應(yīng)，從而制備出優(yōu)點(diǎn)更突出的羥丙基田菁壓裂液，當(dāng)其與有機(jī)鈦、硼砂交聯(lián)后，羥丙基田菁壓裂液可在146 ℃溫度下工作，攜砂能力大為增加，降低摩擦阻力，對地下油氣儲層的損害可明顯減輕。

(3)羥丙基胍膠壓裂液。 羥丙基胍膠壓裂液在當(dāng)前壓裂施工中的應(yīng)用十分普遍，但是由于國內(nèi)壓裂液制備能力有限，往往需要從國外采購胍膠膠片以及原粉，在國內(nèi)完成羥丙基胍膠壓裂液的改性處理，將殘渣的比例控制在最低界限。羥丙基胍膠在經(jīng)過處理后，其黏度可以約等于原粉的黏度。將羥丙基胍膠壓裂液與不同物質(zhì)交聯(lián)，其適用性可以獲得顯著提升，并可應(yīng)用在不同溫度條件下。其中，將有機(jī)硼物質(zhì)與羥丙基胍膠壓裂液進(jìn)行雙元交聯(lián)，耐溫性能、攜砂性能與反排率可以顯著提升，并且可對地下油氣儲層實(shí)施良好的保護(hù)。當(dāng)把激活劑、氧化劑加入到壓裂液中，壓裂液便具備在超低溫條件下應(yīng)用的能力?，F(xiàn)場試驗(yàn)研究表明，羥丙基胍膠壓裂液可在30～150 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)使用。

(4)油基型壓裂液。為了保護(hù)地下油氣儲層，油基型壓裂液可廣泛應(yīng)用在水敏地下儲層、低壓油氣儲層的壓裂施工作業(yè)，并且保護(hù)效果十分顯著。另外，在國外油田開采作業(yè)中，壓裂施工也著重對油基型壓裂液的性能與壓裂增產(chǎn)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)效果也符合預(yù)期值。

(5)壓裂液添加劑的優(yōu)化。添加劑可以改善壓裂液的理化性能，在壓裂施工中，需要將添加劑加入壓裂液中。例如：有機(jī)硼、硼砂以及有機(jī)鈦等均是常見的交聯(lián)劑。因此，為了提升壓裂液的性能，同樣有必要對壓裂液添加劑方面予以深入研究，研發(fā)出性能卓越的添加劑，有助于提升壓裂液的綜合性能，增加壓裂液的適用條件，確保壓裂液可以滿足復(fù)雜條件下的壓裂作業(yè)需求。

5 結(jié)語

油田開采作業(yè)中，開采效率與開采量是考核油田開采企業(yè)的重要指標(biāo)。為了滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢下的開采任務(wù)，開采單位要從壓裂技術(shù)與壓裂液入手，不斷加大研發(fā)力度，在了解壓裂技術(shù)與壓裂液的基礎(chǔ)上，對其實(shí)施合理的優(yōu)化，增強(qiáng)壓裂技術(shù)先進(jìn)性的同時，提升壓裂液的各方面性能，為壓裂施工有序開展提供有力保證。