水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展探討

陳同驍

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300459

引言

水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷史悠久，發(fā)展前景廣闊。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展更是帶動(dòng)了水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)的實(shí)用性不斷提高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展，在各方面都得到了優(yōu)化，如壓裂規(guī)劃、材料水平、整體質(zhì)量等，20世紀(jì)90年代期間，水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)便得到了一定進(jìn)步，應(yīng)用范圍不僅僅局限于低滲透油田領(lǐng)域中，其應(yīng)用范圍得到了明顯進(jìn)步，適應(yīng)場(chǎng)合朝著多樣化方向發(fā)展。水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)在諸多惡劣環(huán)境下都有所應(yīng)用，且應(yīng)用優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯[1]。如海洋、沙漠等區(qū)域?，F(xiàn)階段，應(yīng)用最為廣闊的便是高滲透地層位置，這對(duì)當(dāng)?shù)氐牟季?guī)劃都會(huì)具有重大影響。從某方面分析，水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)更符合時(shí)代發(fā)展需求，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，該技術(shù)將逐漸成為中高滲透地區(qū)的主要技術(shù)之一。

1 壓裂增油技術(shù)的影響因素分析

第一，施工質(zhì)量。結(jié)合工程項(xiàng)目執(zhí)行情況，相關(guān)機(jī)構(gòu)必須選擇合適的材料，確保油井壓裂增工作的順利執(zhí)行。為此，相關(guān)人員必須提高施工過(guò)程中材料選擇方面的分析。施工設(shè)計(jì)期間，要從施工裂縫的方向、施工裂縫的長(zhǎng)度出發(fā)進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)的施工方案要保證較高的可行性。經(jīng)過(guò)業(yè)內(nèi)壓裂井資料分析，發(fā)現(xiàn)，制定油井產(chǎn)量最大化的壓裂措施：可制定多套方案，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，選擇出相對(duì)合適的方案，經(jīng)過(guò)詳細(xì)登記、整理，得到最優(yōu)化的壓裂參數(shù)。同時(shí)要不斷進(jìn)行地質(zhì)條件資源的優(yōu)化，促進(jìn)整體產(chǎn)量的提升。

第二，注采管理分析。注采管理和采油增油量存在較大關(guān)聯(lián)性。逐步完善注采關(guān)系是提高增油量的主要方法，同時(shí)還可延長(zhǎng)油井的使用壽命。

第三，重復(fù)壓裂。部分施工企業(yè)對(duì)壓榨次數(shù)這一參數(shù)十分關(guān)注，而忽略了質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致油井在重復(fù)壓裂期間極易發(fā)生產(chǎn)量下降的問(wèn)題，造成了油井資源的浪費(fèi)。

第四，地質(zhì)因素。泄油面積減小的情況下，油井的壓后油量會(huì)有所增大，進(jìn)而導(dǎo)致油井開發(fā)難度增加，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致開發(fā)效果大打折扣。此外，造成采油困難的因素還包括油井位置，如未選擇產(chǎn)油量較大的區(qū)域。泄油面積小的情況下，油量效率下降，進(jìn)而導(dǎo)致油井開發(fā)條件無(wú)法達(dá)到最優(yōu)化，開采難度明顯提升，此時(shí)如果選擇區(qū)域不正確，極易造成開采不達(dá)標(biāo)、資源浪費(fèi)問(wèn)題[2]。加壓后經(jīng)常會(huì)發(fā)生增液不增油的情況，上述問(wèn)題的主要原因便是：相鄰巖層、高含水層位置出現(xiàn)的壓竄問(wèn)題。

2 油井增產(chǎn)措施分析

2.1 提高監(jiān)督力度

石油企業(yè)的運(yùn)作期間，合理進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督方可保證施工質(zhì)量滿足最優(yōu)化要求，為此，石油企業(yè)必須組織專業(yè)人員進(jìn)行施工質(zhì)量的監(jiān)督管理，其中最為主要的監(jiān)督管理內(nèi)容便是壓裂砂的質(zhì)量、壓裂支撐劑用量、成膠時(shí)間等。監(jiān)管人員必須嚴(yán)格管理，切實(shí)履行自己的職責(zé)。保證施工監(jiān)督、跟蹤管理等工作落實(shí)到位，加強(qiáng)監(jiān)管作業(yè)期間的記錄管理，保證后續(xù)石油產(chǎn)量的有效發(fā)展。

2.2 優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)

油井壓裂設(shè)計(jì)方案包括多種形式，為此，相關(guān)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，必須考慮壓裂情況，借助科學(xué)合理的方式進(jìn)行壓裂優(yōu)化，尤其是支撐劑、壓裂液、管柱等方面的合理選擇[3]。油井裂縫長(zhǎng)度對(duì)油井產(chǎn)量具有直接影響，相關(guān)人員在進(jìn)行油井含水率測(cè)定后，發(fā)現(xiàn)裂縫情況與初期并未存在顯著差異。

2.3 優(yōu)化地質(zhì)條件

收集大量的壓裂井材料后，可從中發(fā)現(xiàn)提高壓裂措施的途徑。針對(duì)重要的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)分析，制定合理有效的措施，可明顯提升油井整體出油率，此時(shí)可在地質(zhì)條件不變的情況下進(jìn)行資源優(yōu)化。

2.4 酸化壓裂

該操作主要使用的壓裂液是酸液，一般不需要額外添加支撐劑，主要依靠水力作用便可產(chǎn)生，隨后在酸液侵蝕條件下可對(duì)裂縫進(jìn)行侵蝕，保證裂縫不會(huì)閉合后，便可實(shí)現(xiàn)地層滲透性的優(yōu)化，提高滲透性。

3 壓裂低效井的控制方法

第一，巖石厚度方面。壓裂效果與壓裂砂巖厚度、有效層厚度之間的界限具有一定的影響，要充分考慮地層壓力限制影響。第二，壓裂井產(chǎn)業(yè)、含水界限分析。首先，需要針對(duì)壓裂井中的各種數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，總結(jié)壓裂井初期含油量的增加情況，結(jié)合相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行壓裂后期增產(chǎn)效果的分析，并及時(shí)對(duì)比相關(guān)信息，找到油井增產(chǎn)方案。第三，選井選層。該項(xiàng)工作是油井反復(fù)壓裂環(huán)節(jié)的關(guān)鍵內(nèi)容，可明顯提高油田利用率、油井產(chǎn)量。隨著國(guó)家油井技術(shù)的快速發(fā)展，反復(fù)壓裂工作的數(shù)量越來(lái)越多，相關(guān)人員必須提高注采系統(tǒng)的關(guān)注度。高度重視選井工作。盡量在分流河道砂體位置進(jìn)行選井、選層，這種情況可能會(huì)導(dǎo)致壓裂砂巖出現(xiàn)帶狀情況，可明顯提升出油率、壓裂效果[4]。

4 油層水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)概述

油田增產(chǎn)的主要措施便是針對(duì)地層孔道進(jìn)行擴(kuò)大化處理，也可以打通新通道，水力壓裂屬于常見方法之一，可有效提高油田開采效率，還可提升油田開采質(zhì)量。常規(guī)水力壓裂技術(shù)應(yīng)用期間，借助壓裂液可保證油層逐步形成裂縫，隨后借助支撐劑對(duì)裂縫進(jìn)行支撐，促進(jìn)其逐漸成為永久性的裂縫，保證儲(chǔ)層區(qū)域 滲透性，達(dá)到增產(chǎn)的目標(biāo)。對(duì)于儲(chǔ)量豐富的油層，可進(jìn)行重復(fù)壓裂處理，多次壓裂施工后可進(jìn)行儲(chǔ)層油流的有效開采，提高整體開采力度，進(jìn)而滿足預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益。此外，還可應(yīng)用限流壓裂技術(shù)措施，經(jīng)由射孔的孔眼區(qū)域，將壓裂液噴射出去，從而形成裂縫，提高儲(chǔ)層的滲透效果，從而滿足增產(chǎn)要求。結(jié)合油田水力壓裂施工的具體施工細(xì)節(jié)，在進(jìn)行該技術(shù)的落實(shí)期間，應(yīng)促進(jìn)井下儲(chǔ)層形成裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保裂縫的延伸，并達(dá)到最終增產(chǎn)目標(biāo)。

5 水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展探討

5.1 重復(fù)壓裂技術(shù)分析

重復(fù)壓裂技術(shù)主要應(yīng)用于水平井、斜度直井位置。其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：結(jié)合儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂情況、壓裂頻率、儲(chǔ)層情況的分析。除了斜度直井、水平井外，部分具有價(jià)值的老井也可采用該技術(shù)。在新井情況下，可明顯提高壓裂效果。國(guó)內(nèi)油氣田數(shù)量龐大，大部分油氣田都已經(jīng)開發(fā)到了一定程度，價(jià)值空間相對(duì)越來(lái)越小。因此，為了保證油氣的正常供應(yīng)，當(dāng)下主要研究任務(wù)便是提高開采效率。結(jié)合這一類問(wèn)題，相關(guān)人員可結(jié)合新縫、儲(chǔ)層堵水兩種方法進(jìn)行處理[5]。在進(jìn)行重復(fù)壓裂期間，不可控因素相對(duì)較多，上述因素都會(huì)對(duì)壓裂效果產(chǎn)生影響，如滲透率、孔隙度等，上述兩方面因素未得到有效控制時(shí)極易對(duì)最終壓裂成果產(chǎn)生影響。理論上，空隙度高的低滲透油藏中，一般都會(huì)使用重復(fù)壓裂技術(shù)，效果相對(duì)較好。新縫數(shù)量一般與彈性模量、裂縫長(zhǎng)度相關(guān)，一旦彈性模量、裂縫長(zhǎng)度出現(xiàn)問(wèn)題，必然無(wú)法產(chǎn)生新縫。在彈性模量低、滲透率低的情況下容易產(chǎn)生新縫。

5.2 復(fù)雜井壓裂技術(shù)

油氣田開采作業(yè)中，涉及的影響因素較多，必須合理把握所有環(huán)節(jié)的連接關(guān)系。油氣藏工作環(huán)境十分復(fù)雜，由于低孔隙、低滲透的情況越來(lái)越多，使得油氣開采難度越來(lái)越高。大斜度井、水平井情況下，合理使用復(fù)雜井壓裂技術(shù)已經(jīng)顯得刻不容緩。復(fù)雜井壓裂技術(shù)組成中，包括水平井壓裂、分段壓裂、限流壓裂等。不同的壓裂技術(shù)，其使用范圍有所差異，相應(yīng)的性能、優(yōu)劣勢(shì)也不同。分段壓裂中，需要合理使用外物，如封隔器，相應(yīng)的壓裂操作需要保證分層、分段處理[6]。分段壓裂的方法相對(duì)較多，并未具有較多的限制條件，包括水力噴射壓裂、橋塞壓裂。限流壓裂處理中，主要是將壓裂液注入射孔位置，從射孔流入儲(chǔ)層。當(dāng)泵的排量滿足實(shí)際需求情況下，孔眼的摩擦力便會(huì)增大，此時(shí)井底壓力增加，井底壓力需要大于破裂壓力時(shí)方可滿足壓裂效果。但是限流壓裂方法中，一般對(duì)工藝條件會(huì)有較高要求，儲(chǔ)層方面必須具有較高的穩(wěn)定性，因此，限流壓力作業(yè)期間必須充分考慮各方面影響因素。分段壓裂、限流壓裂可在不同的水平井中使用。壓裂操作期間，必須充分考慮起裂裂縫、延伸裂縫兩方面的問(wèn)題，水平井的水壓裂縫區(qū)域一般與場(chǎng)應(yīng)力相關(guān)，當(dāng)水平方向完成射孔操作后，一般會(huì)保持與地場(chǎng)具有一致的方向。具體施工環(huán)節(jié)中，井筒內(nèi)部必然會(huì)同時(shí)受到射孔應(yīng)力、壓裂液的共同作用，壓裂孔隙的間距不可過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致裂縫轉(zhuǎn)向問(wèn)題。一般情況下，水平井的井眼斜度不得大于90°，起裂方向一般與軸線相平行，當(dāng)水平井的井眼斜度為0°情況下，起裂方向一般沿著縱向，當(dāng)斜度不斷增大的情況下，裂縫的延伸需考慮最小應(yīng)力作用。裂縫有時(shí)是不可控的，要及時(shí)考慮其延伸性要求。裂縫一般不會(huì)從低強(qiáng)度的巖石朝著高強(qiáng)度巖石延伸，但是反之可行，即高強(qiáng)度巖石的裂縫可延伸到低強(qiáng)度巖石中[7]。同時(shí)裂縫還可在井筒內(nèi)部進(jìn)行延伸，從高滲透地層位置進(jìn)行延伸，一般延伸數(shù)量為4個(gè)。在大斜度井、定向井的壓裂處理中，必須做好前期準(zhǔn)備工作，降低施工失誤概率，部分特殊情況下，裂縫數(shù)量多、裂縫轉(zhuǎn)向燈，可借助裂縫數(shù)量、降低摩擦阻力等方法進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化工藝流程后，可保證壓裂效果朝著理想化方向發(fā)展，最大限度地降低施工難度。

5.3 低滲層深穿透壓裂技術(shù)

該技術(shù)主要應(yīng)用于低滲層的開發(fā)作業(yè)期間，涉及內(nèi)容相對(duì)較多。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)深穿透壓裂增產(chǎn)技能越來(lái)越完善，相應(yīng)的裂縫長(zhǎng)度也逐漸變大，這一狀況可保證低滲層的產(chǎn)量、采儲(chǔ)量不斷增加，從而保證經(jīng)濟(jì)效益的最大化。低滲透地層具有相對(duì)特殊的特點(diǎn)，地下閉合應(yīng)力較高、透氣效果差，巖層的整體密實(shí)度更高。在低滲透地層中，可積極落實(shí)水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，低滲透地層中包括大量的砂石，這一類砂石的硬度較低，在外界較大沖擊作用下，必然會(huì)導(dǎo)致砂石破碎[8]。在外界裂縫閉合速度過(guò)快的情況下，工作期限可能會(huì)有所延長(zhǎng)，這種情況下反復(fù)操作必然會(huì)造成相對(duì)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失問(wèn)題。為此，必須合理采用高導(dǎo)流技術(shù)，維護(hù)裂縫的穩(wěn)定效果。

5.4 高滲層防砂壓裂技術(shù)

該技術(shù)在高滲透地層中廣泛應(yīng)用。在對(duì)高滲透層進(jìn)行壓裂處理時(shí)，必須及時(shí)填防砂，現(xiàn)代化技術(shù)帶動(dòng)了防砂水平的進(jìn)步，傳統(tǒng)防砂方式可能無(wú)法滿足當(dāng)代需求。礫石填充對(duì)高滲透地層會(huì)有一定的損害，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致堵塞問(wèn)題，對(duì)地層滲透率會(huì)產(chǎn)生不利作用，較為明顯地影響了地層導(dǎo)流效果。在面對(duì)這一情況時(shí)，防砂壓裂技術(shù)屬于相對(duì)合理的解決方法，應(yīng)用該技術(shù)可進(jìn)行高滲層導(dǎo)流處理，如在裂縫中添加相應(yīng)數(shù)量的支撐劑（濃度不得過(guò)低），填砂后便可進(jìn)行后續(xù)處理。隨著時(shí)間發(fā)展，裂縫寬度便會(huì)逐漸變大，當(dāng)增至一定程度后，這種趨勢(shì)便會(huì)趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)包含內(nèi)容相對(duì)豐富，隨著新時(shí)期各類科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)得到了巨大升華。未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都將以經(jīng)濟(jì)效益為主進(jìn)行處理，在保證質(zhì)量的前提下有效提升施工效率，保證水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)具有更加廣闊的發(fā)展前景。