油田壓裂增產(chǎn)的改造工藝技術(shù)分析

張岺(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

中國(guó)東北地區(qū)的大慶油田應(yīng)用壓裂增產(chǎn)技術(shù)的時(shí)間較早，在經(jīng)過多年的使用和技術(shù)沉淀后，積累出大量科研和實(shí)踐方面的成功經(jīng)驗(yàn)。但是，在油田持續(xù)開采的過程中，本身存在一定程度的不足，無法有效滿足壓裂增產(chǎn)的根本需求，在這樣的情況下，對(duì)必須對(duì)固有的油田壓裂開采技術(shù)進(jìn)行改造，提升能源開采效率。

1 油田壓裂開采技術(shù)現(xiàn)存問題

1.1 生產(chǎn)安全問題

在中國(guó)油田壓裂生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，呈現(xiàn)出一種不斷擴(kuò)張的發(fā)展趨勢(shì)。一般情況下，這種增產(chǎn)技術(shù)大多需要以大型機(jī)械設(shè)備為依托，通過壓裂車車等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，在正式生產(chǎn)過程中很難實(shí)現(xiàn)集中式壓裂增產(chǎn)操作，導(dǎo)致整體施工作業(yè)難度較高[1]。在施工期間，如果存在不當(dāng)施工情況則會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的工作人員生命財(cái)產(chǎn)造成直接影響，不利于油田開采作業(yè)的后續(xù)發(fā)展。

1.2 生產(chǎn)技術(shù)問題

截止目前，我國(guó)現(xiàn)有油田開發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域的整體規(guī)模處于不斷擴(kuò)大的狀態(tài)中，并漸漸成為我國(guó)社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成結(jié)構(gòu)。在此期間，油田開采生產(chǎn)作業(yè)時(shí)需要面對(duì)的各種安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也在不斷提升。在這樣的情況下，需要給予生產(chǎn)技術(shù)足夠的重視，保證其先進(jìn)性和生產(chǎn)可靠性。

1.3 施工環(huán)保問題

對(duì)于油田開發(fā)生產(chǎn)行業(yè)而言，大部分時(shí)間都處于高壓、高溫的生產(chǎn)環(huán)境下，如果此時(shí)存在操作不當(dāng)?shù)氖┕で闆r，則會(huì)導(dǎo)致油氣泄漏等安全事故的出現(xiàn)，很容易造成嚴(yán)重的污染情況。所以，在使用油田壓裂也生產(chǎn)工藝技術(shù)期間，需要對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行重點(diǎn)考察，注意自身生產(chǎn)環(huán)保性問題，保證自身的生產(chǎn)作業(yè)不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境帶來不利影響，保證油田開發(fā)生產(chǎn)作業(yè)的環(huán)保性[2]。

2 油田壓裂技術(shù)應(yīng)用的主改造點(diǎn)

2.1 單層壓裂技術(shù)改造

對(duì)于當(dāng)前階段正在使用的單層壓裂技術(shù)而言，在正式應(yīng)用階段，設(shè)置的規(guī)格、模式大多較為單一，并不需要對(duì)施工過程中的其他因素進(jìn)行考慮，也不用擔(dān)心其他因素會(huì)對(duì)自身作業(yè)造成直接影響。因此，在使用單層壓裂技術(shù)過程中，需要注意到自身的有效導(dǎo)流能力，通過模型設(shè)計(jì)的方式對(duì)相應(yīng)層段增產(chǎn)空間展開充分計(jì)算，并針對(duì)最終計(jì)算結(jié)果展開分析[3]。當(dāng)技術(shù)人員能夠確定在使用該模式的施工的情況下，提出技術(shù)改造難點(diǎn)所在，提出針對(duì)性改良意見。并通過這種模型進(jìn)行導(dǎo)流計(jì)算，結(jié)合壓裂技術(shù)施工條件得出最終的機(jī)制降低標(biāo)準(zhǔn)。這屬于保證傳統(tǒng)單壓?jiǎn)螌訅毫炎鳂I(yè)技術(shù)改造成功的關(guān)鍵內(nèi)容，同時(shí)也是保證油田開采能力不斷提升的有效方式。

2.2 多層壓裂技術(shù)改造

對(duì)于多層壓裂技術(shù)而言，應(yīng)用范圍十分廣泛。實(shí)際生產(chǎn)期間，需要針對(duì)油田井段的整體目的層進(jìn)行設(shè)定，將其視為一條線上的多個(gè)不同點(diǎn)位，并為所有點(diǎn)位進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。通過這種參數(shù)設(shè)置方式，可以更好地保證油田開采增產(chǎn)效果。但是這種設(shè)置方式在實(shí)際應(yīng)用中較為復(fù)雜，涉及到眾多不同的開采環(huán)節(jié)，因此，需要使用多層段儲(chǔ)存的計(jì)算方式，分析出最終的開采點(diǎn)。借助這種增產(chǎn)改造方式，能夠更加有效的降低基值，同時(shí)還能夠使開采裂縫造成的傷害得到更為有效的控制[4]。

3 油田開采壓裂增產(chǎn)技術(shù)改造的具體內(nèi)容

對(duì)于大部分油田而言，在對(duì)壓裂增產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改造的過程中，需要以降低裂縫傷害為核心，展開相應(yīng)改造工作。與此同時(shí)，還需要針對(duì)這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)所有的應(yīng)用過程進(jìn)行充分考量，保證壓裂增產(chǎn)技術(shù)在改造后的環(huán)保性和安全性能夠達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家制定的環(huán)保作業(yè)要求，同時(shí)這也屬于該技術(shù)改造效果評(píng)判的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)[5]。由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層本身具有低滲透的特點(diǎn)，因此在油田勘探開發(fā)過程中必須采取適當(dāng)?shù)脑霎a(chǎn)技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)油田企業(yè)的開發(fā)。絕大多數(shù)頁(yè)巖氣都就有層厚、范圍廣、普遍含氣等特點(diǎn)，從而使頁(yè)巖氣能夠以穩(wěn)定速率產(chǎn)氣。頁(yè)巖氣壓裂需要采取特殊的鉆井、完井以及增產(chǎn)措施，才能有效開發(fā)油田頁(yè)巖氣。其中頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)主要包括重復(fù)壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)，水平井分段壓裂技術(shù)等，正是因?yàn)檫@些技術(shù)才能不斷提高油田頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量。

從油田開采的整體角度進(jìn)行分析，隨著油田壓裂增產(chǎn)技術(shù)改造的成功，已經(jīng)在一定程度上提高了現(xiàn)有油田開發(fā)的總體產(chǎn)量和生產(chǎn)效率。在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐探索后，我國(guó)現(xiàn)已總結(jié)出多種不同類型的改造工藝技術(shù)，針對(duì)油田壓裂增產(chǎn)技術(shù)而言，具有十分顯著的效果?，F(xiàn)將油田開采壓裂技術(shù)類型進(jìn)行總結(jié)。

3.1 重復(fù)壓裂技術(shù)

一般情況下，在首次使用壓力也增產(chǎn)施工技術(shù)后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一種水力裂縫失效的施工現(xiàn)象，這種情況很容易導(dǎo)致油井后續(xù)階段的生產(chǎn)和開采效率受到影響。同時(shí)，對(duì)于部分情況比較嚴(yán)重的開采現(xiàn)場(chǎng)，還會(huì)出現(xiàn)油氣泄漏等重大安全問題，對(duì)周邊的自然生態(tài)環(huán)境造成直接威脅[6]。如果在油田開采期間出現(xiàn)上述問題，需要針對(duì)正在使用的壓裂增產(chǎn)技術(shù)加以改造，此間的主要改造內(nèi)容是重復(fù)壓裂技術(shù)應(yīng)用。從整體角度進(jìn)行分析，我國(guó)當(dāng)前階段的重復(fù)壓裂實(shí)數(shù)較高，在油田開采作業(yè)中的應(yīng)用十分頻繁，但是總體應(yīng)用水平較低。因此，需要同行業(yè)工作者在此投入更大的精力進(jìn)行研究，進(jìn)一步保證油田開采作業(yè)的未來發(fā)展空間，保證能源開采行業(yè)的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

3.2 清水壓裂技術(shù)

對(duì)于目前正在應(yīng)用的大部分清水壓裂技術(shù)而言，其主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在該技術(shù)的環(huán)保能力更為顯著，并且改技術(shù)的應(yīng)用污染程度極低，并不會(huì)對(duì)附近的自然環(huán)境造成較為惡劣的影響。截止目前，改增產(chǎn)技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用范圍十分廣泛，大部分油田的開采作用中軍應(yīng)用到了這項(xiàng)增產(chǎn)技術(shù)，特別是在東北的部分油田中，應(yīng)用效果極佳，充分發(fā)揮出了自身的良好應(yīng)用效果[7]。清水壓裂增產(chǎn)技術(shù)，主要是在設(shè)定好的清水中，適當(dāng)加入減阻劑材料和以及預(yù)防劑材料，然后再將配制好的各種液體材料作為壓裂增產(chǎn)技術(shù)施工的壓裂液回。針對(duì)該壓裂液而言，在使用后對(duì)地層造成的傷害程度更低。但是，該項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用后同樣有著一定的缺點(diǎn)，即本身的施工作業(yè)造價(jià)成本較高，無法對(duì)其進(jìn)行更大批量的生產(chǎn)制造。同時(shí)其相應(yīng)壓裂液的配置工作也尤為復(fù)雜，需要保證配比的精準(zhǔn)度，才能夠滿足該增產(chǎn)技術(shù)的使用要求。通常情況下，針對(duì)不同地區(qū)的油田開發(fā)工程而言，在材料配比方面的要求同樣有著很大程度的差別，所以，在后續(xù)階段的油田開發(fā)增產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用中，需要從探索階段便開始注意對(duì)壓裂液配方的相關(guān)研究，以此保證該增產(chǎn)技術(shù)的最終應(yīng)用效果，從而探索出效果更好、更具針對(duì)性新型壓裂液配方。

3.3 水平井分段壓裂增產(chǎn)技術(shù)

對(duì)于水平井分段壓裂技術(shù)來說，現(xiàn)已漸漸成為當(dāng)前階段我國(guó)油田開發(fā)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)類型之一，該技術(shù)的應(yīng)用，在油田頁(yè)巖氣方面的勘探中尤為常見，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：可以更加有效的提升井筒與自身儲(chǔ)存的總體接觸面積，使得該技術(shù)最終的油井總體產(chǎn)量可以得到大幅度提升，更好的保證油田開發(fā)企業(yè)的總體經(jīng)濟(jì)效益，保證開采企業(yè)的發(fā)展良好勢(shì)頭。但是，在正式應(yīng)用該技術(shù)期間，開采資金投入較高是開啟企業(yè)必須解決的一項(xiàng)關(guān)鍵問題，并且在分段壓裂工藝施工操作期間，還會(huì)受到部分外界的不確定因素影響，導(dǎo)致部分幽靜最多只能完成大約兩次左右的垂直采收作業(yè)，但是此時(shí)的實(shí)際成本消耗較高，同時(shí)包括兩次垂直施工成本和在此之前的各種水平施工成本，這種情況也導(dǎo)致開采成本控制工作難度再次提高，成為開采企業(yè)需要面對(duì)的首要難題。但是，從整體角度進(jìn)行分析，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效果依然十分可觀，具有更為廣闊的未來發(fā)展空間和相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿8]。

3.4 油井注水分析

(1)異質(zhì)性的影響。首先，長(zhǎng)慶油田主力砂體平面非均質(zhì)性為分流河道，高滲透方向與砂體方向一致。根據(jù)水驅(qū)規(guī)律，受沉積微相影響的同-儲(chǔ)層滲透率在平面上表現(xiàn)出各向異性，但總體上受沉積微相類型和井網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響。注水沿砂體主方向快速推進(jìn)，側(cè)向有效性有限。(2)非均質(zhì)性對(duì)垂向剖面的影響。以安塞油田長(zhǎng)6組為例，其垂直剖面主要由間斷的復(fù)合沉積巖組成。由于剖面夾層分布不穩(wěn)定，砂體的縱向和橫向疊加增加了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性和井間連通性的不穩(wěn)定，不僅影響注水效果，而且由于高滲透段連通性的存在，導(dǎo)致部分井出現(xiàn)含水上升或注水淹水。(3)裂縫的影響。長(zhǎng)慶油田是典型的低滲透油田，油井需要形成人工裂縫才能獲得高產(chǎn)。另外，從儲(chǔ)層特征分析可知，儲(chǔ)層微裂縫發(fā)育情況。裂縫在注水開發(fā)中起著雙重作用。一方面可以提高油水滲透率，使注水井實(shí)現(xiàn)配注，效益開發(fā)；另一方面，容易形成水竄現(xiàn)象，導(dǎo)致最終階段的生產(chǎn)油井過早遇水以至最終被水淹沒。(4)注水效果的影響。隨著注水時(shí)間的增加，受地層壓力和物性變化影響的側(cè)向面積逐漸受到影響，總體含水率上升。如王窯區(qū)塊存在高滲透帶，側(cè)壓力低，注水強(qiáng)化后壓力仍然較低，注水失效嚴(yán)重，雖然采收率僅為222%，但綜合含水率已達(dá)697%，含水率上升迅速。

3.5 注水井分類

(1)裂縫引起的注水。在油井生產(chǎn)過程中，含水率急劇上升，產(chǎn)能大幅下降，對(duì)注水井的響應(yīng)非常敏感。微裂縫發(fā)育是儲(chǔ)層發(fā)育的主要原因。注人水沿裂縫單向流動(dòng)，含水率迅速上升。斷水油井主要分布在裂縫發(fā)育區(qū)。裂縫包括天然裂縫和水力壓裂裂縫。形成的垂直裂縫在高注水壓力下與注人水連通。(2)孔隙裂縫引起的水驅(qū)。注采動(dòng)態(tài)介于裂縫和孔隙之間，油井在滿足注人水之前有一定的穩(wěn)產(chǎn)期。隨著注水量的增加，部分注水井的吸水能力增大，而部分注水井的壓力增大，動(dòng)態(tài)表現(xiàn)出孔隙裂隙滲流特征。

3.6 剩余油開采再處理技術(shù)改造

針對(duì)長(zhǎng)慶低滲透油田儲(chǔ)層特點(diǎn)，提出了徑向裂縫網(wǎng)絡(luò)壓裂技術(shù)和深部封堵技術(shù)。壓裂技術(shù)將人工裂縫與天然裂縫有機(jī)結(jié)合，形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，有效控制裂縫帶長(zhǎng)度，增加側(cè)向帶寬。深部封堵技術(shù)是將復(fù)雜段塞封堵技術(shù)、水油井控水技術(shù)和封堵壓裂技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。該技術(shù)通過封堵多個(gè)水淹區(qū)，封堵裂縫，達(dá)到堵后增油的目的。

3.7 徑向裂縫網(wǎng)絡(luò)壓裂增產(chǎn)技術(shù)

利用長(zhǎng)慶油田儲(chǔ)層天然裂縫和低水平應(yīng)力差，形成新的分支裂縫和張開的微裂縫網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)壓擾動(dòng)，有效控制了裂縫長(zhǎng)度，增加了側(cè)向帶寬，最終形成了縱橫交錯(cuò)的徑向“網(wǎng)絡(luò)裂縫”系統(tǒng)。

通過對(duì)放射狀裂縫網(wǎng)形成機(jī)理的分析，發(fā)現(xiàn)地應(yīng)力差小、裂縫自然發(fā)育是實(shí)現(xiàn)裂縫網(wǎng)的有利條件。根據(jù)地應(yīng)力分析結(jié)果，長(zhǎng)慶油田最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力相差不大，一般小于5 MPa。同時(shí)，從儲(chǔ)層特征分析可以看出，研究區(qū)微裂縫廣泛發(fā)育，上述儲(chǔ)層條件為徑向裂縫網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)提供了有利支撐[9]。

4 結(jié)語

綜上所述，在油田增產(chǎn)技術(shù)改造期間，需要將壓裂技術(shù)應(yīng)用作為主要目的，該技術(shù)的合理應(yīng)用，可以為我國(guó)油田作業(yè)的整體開發(fā)效率提供可靠保障，同時(shí)還能能夠進(jìn)一步促進(jìn)總體產(chǎn)量的提升，并且該技術(shù)的應(yīng)用還具有區(qū)域針對(duì)性，在未來階段的油田壓裂增產(chǎn)技術(shù)改造時(shí)，需要注意到針對(duì)不同技術(shù)類型的持續(xù)完善，充分人事到該技術(shù)存在的各種使用缺陷，這樣才可以真正實(shí)現(xiàn)對(duì)原有壓裂技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)改造。與此同時(shí)，從業(yè)者還要將技術(shù)改造工作中突破點(diǎn)視為重要工作目標(biāo)，為油田壓裂技術(shù)在未來階段改造奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在我國(guó)油田開采規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的背景下，壓裂增產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)變得越來越廣泛，因此，增產(chǎn)改造技術(shù)研究尤為重要，需要將其視為增產(chǎn)工藝的核心內(nèi)容，視為提升企業(yè)油田生產(chǎn)總體作業(yè)效率的主旨所在，只有對(duì)油田壓裂增產(chǎn)技術(shù)改造進(jìn)行持續(xù)的突破和完善，才能保證油田開采行業(yè)在未來階段的整體發(fā)展效果。