油田壓裂增產(chǎn)改造工藝技術(shù)研究

＊李 強(qiáng)

（延長(zhǎng)油田股份有限公司子長(zhǎng)采油廠(chǎng) 陜西 717300）

引言

我國(guó)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的快速發(fā)展，在一定程度上推動(dòng)著石油勘探技術(shù)的深入研究和改革創(chuàng)新，當(dāng)下的社會(huì)現(xiàn)狀促使著各行各業(yè)給予石油勘探技術(shù)充分的關(guān)注，同時(shí)相關(guān)行業(yè)的研究人員和領(lǐng)導(dǎo)者也在積極地加大這一技術(shù)的研究投入?；诖耍覈?guó)的石油工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，每年增長(zhǎng)的石油產(chǎn)量極大地保障了各行各業(yè)的生產(chǎn)需求。相較于傳統(tǒng)的油氣藏而言，低滲透的油氣層對(duì)于開(kāi)采技術(shù)的要求會(huì)更高一些，傳統(tǒng)的開(kāi)采技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)低滲透油氣藏的高效開(kāi)采，我們需要利用壓裂技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足油田儲(chǔ)層各個(gè)階段的開(kāi)采需求。

1.壓裂施工概述

所謂壓裂是指將壓裂液通過(guò)泵注設(shè)備注入井內(nèi)，進(jìn)而使油層產(chǎn)生裂縫，促進(jìn)油層滲透率的提升，這是油田增產(chǎn)的重要措施，同時(shí)也可以在很大程度上提升注水井的吸水能力。在壓裂過(guò)程中，注入壓裂液時(shí)要確保注入壓力大于油層的吸收能力，因此對(duì)泵注設(shè)備的要求較高，需要應(yīng)用高壓大排量泵才能滿(mǎn)足壓裂施工要求。隨著壓裂液的注入，能夠促使井筒內(nèi)的壓力不斷提升，最終超過(guò)地層巖石的抗張強(qiáng)度，促使地層產(chǎn)生裂縫。在裂縫延伸過(guò)程中，還要繼續(xù)注入支撐劑，進(jìn)而形成具有較強(qiáng)導(dǎo)流能力的填砂裂縫。由此可以看出，在壓裂施工過(guò)程中，所應(yīng)用的材料主要為壓裂液和支撐劑，對(duì)于支撐劑而言，可以細(xì)分為陶粒以及壓裂砂兩種。支撐劑的作用主要體現(xiàn)在對(duì)壓裂地層裂隙進(jìn)行支撐，對(duì)于促進(jìn)油田增產(chǎn)具有十分重要的意義。支撐劑需要借助壓裂液才能進(jìn)入到裂隙中，促使油氣導(dǎo)入油氣井，不僅能夠促進(jìn)油井壽命的延長(zhǎng)，還可以促進(jìn)油氣產(chǎn)量的提升。將高強(qiáng)陶瓷顆粒作為支撐劑，也可以將天然砂作為支撐劑，無(wú)論哪種支撐劑均能起到支撐作用，但是高強(qiáng)陶瓷顆粒的應(yīng)用最為廣泛。這是因?yàn)楦邚?qiáng)陶瓷顆粒具有耐高溫、高壓的特點(diǎn)，同時(shí)高強(qiáng)陶瓷顆粒還具有破碎率低及強(qiáng)度高等方面的優(yōu)勢(shì)，因此十分適合作為支撐劑使用。

壓裂液是指由水和各種化工助劑的混合液體，壓裂液通常會(huì)分為前置液、攜砂液以及頂替液三種。對(duì)于前置液而言，通常也被稱(chēng)為預(yù)沖洗液，之所以被稱(chēng)為預(yù)沖洗液，是因?yàn)樵谙虻貙幼⑷肽撤N工作液之前，需要先注入前置液，借助前置液對(duì)頭層進(jìn)行預(yù)沖洗，因此前置液通常也會(huì)被稱(chēng)為預(yù)沖洗液。借助前置液的預(yù)沖洗作用，能夠起到調(diào)整地層吸收能力的作用。除此之外，前置液還可以作為緩沖液體，借助前置液能夠在很大程度上提升注液效率。在前置液的應(yīng)用過(guò)程中，通常需要添加10個(gè)左右的細(xì)砂或者粉陶，這樣一來(lái)，通過(guò)注入前置液便可以堵塞地層中的微小縫隙，避免液體的濾失。對(duì)于攜砂液而言，是指攜帶支撐劑的壓裂液。攜砂液的作用主要體現(xiàn)在將支撐劑帶入到裂縫之中，是確保支撐劑發(fā)揮作用的關(guān)鍵。對(duì)于頂替液而言，其作用主要是將支撐劑推向地層深處。

2.油田壓裂技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的“壓裂原理”技術(shù)是當(dāng)下油田壓裂技術(shù)的前身，它們都是基于壓裂原理衍生而來(lái)的。不同的油田環(huán)境以及石油質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)采活動(dòng)也存在著極大的差異，各種各樣的油田壓裂技術(shù)正是基于保障開(kāi)采質(zhì)量和開(kāi)采效率的目的所研發(fā)出來(lái)的。相較于其他種類(lèi)的壓裂技術(shù)而言，目前使用最為廣泛的壓裂技術(shù)為整體壓裂技術(shù)，可以在各個(gè)油田的開(kāi)采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這一技術(shù)的使用痕跡。除此之外，還有兩種使用成本較高的壓裂技術(shù)，即底水油藏改造工藝技術(shù)和雙極高能氣體壓裂技術(shù)，這兩者經(jīng)常被用于一些特定的油田開(kāi)采過(guò)程當(dāng)中。就應(yīng)用范圍而言，它們具有一定的局限性。

3.油田壓裂增產(chǎn)技術(shù)存在的風(fēng)險(xiǎn)

即便當(dāng)前我國(guó)石油行業(yè)的油田生產(chǎn)過(guò)程以及壓力技術(shù)的應(yīng)用情況已經(jīng)趨于成熟化，但是任何一項(xiàng)壓裂技術(shù)都不能夠保障石油開(kāi)采的過(guò)程是絕對(duì)安全的。在實(shí)際進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)，往往會(huì)受到多方面因素的影響，從而導(dǎo)致一些意外的情況的發(fā)生。據(jù)調(diào)查研究可知，大部分的意外事故是可以通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估以及合理規(guī)劃來(lái)有效避免的。

(1)安全方面

盡管油田的開(kāi)采面積比較大，但是由于其開(kāi)采作業(yè)本身存在極強(qiáng)的復(fù)雜性，我們?cè)趯?shí)際施工時(shí)需要利用到多種機(jī)械設(shè)備，各種機(jī)械設(shè)備加上大量的施工人員聚集于一處導(dǎo)致危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)工作人員的逃離難度有所增加。尤其在實(shí)際施工的過(guò)程中，我們會(huì)遇到部分油井壓力較高或者排量很大，因而需要進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)備的密度，這無(wú)疑使應(yīng)急避難的難度得到了又一次地增加。在必要情況下，部分舊油井是需要進(jìn)行壓裂以及二次壓裂的。在這個(gè)壓裂的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)砂堵油管以及油井自身結(jié)構(gòu)被破壞等危險(xiǎn)性較強(qiáng)的情況。而這些情況的發(fā)生又會(huì)進(jìn)一步提高井噴以及物體撞擊的幾率，對(duì)于作業(yè)人員來(lái)說(shuō)危險(xiǎn)性極強(qiáng)。

(2)技術(shù)方面

油田開(kāi)采工作涉及到很多的內(nèi)容，相對(duì)來(lái)說(shuō)具有一定的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性。在實(shí)際作業(yè)的過(guò)程中，施工人員和技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)首選安全性和效率性較高的壓裂技術(shù)來(lái)展開(kāi)相關(guān)的油田開(kāi)采工作。在實(shí)際進(jìn)行油田開(kāi)采的過(guò)程中，如果施工人員無(wú)法做好細(xì)節(jié)上的處理，或者施工團(tuán)隊(duì)無(wú)法保障施工材料的質(zhì)量，那么井噴事故的出現(xiàn)幾率就會(huì)大大提高。這就需要施工人員掌握好壓裂技術(shù)的使用方法和控制力度，從而在滿(mǎn)足壓力需求的同時(shí)避免石油管道出現(xiàn)破裂。

(3)環(huán)保方面

據(jù)研究表明，蘊(yùn)含豐富石油資源的地方往往也分布著一定的有毒液體或有毒氣體。如果在開(kāi)采過(guò)程中，施工團(tuán)隊(duì)的某些操作不規(guī)范或者壓裂技術(shù)的壓力控制不當(dāng)，就很有可能導(dǎo)致有毒物質(zhì)進(jìn)入大氣層，進(jìn)而對(duì)我們賴(lài)以生存的生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞。當(dāng)今社會(huì)在追求經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)也極力倡導(dǎo)環(huán)保和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的健康理念，所以有關(guān)企業(yè)和工作人員需要不斷的完善壓裂技術(shù)，使其更具有穩(wěn)定性和安全性。

4.油田壓裂工藝技術(shù)分析及突破點(diǎn)的確定

(1)單層壓裂技術(shù)分析及突破點(diǎn)

所謂單層壓裂技術(shù)是指以一個(gè)待開(kāi)采的井層為主體，研究人員圍繞這一主體的各項(xiàng)參數(shù)和具體信息展開(kāi)深入的研究分析。相較于其他壓力技術(shù)而言，單層壓力技術(shù)具有更強(qiáng)的針對(duì)性，它往往從主觀(guān)角度忽視其他影響因素，圍繞技術(shù)本身展開(kāi)更為純粹的研究。在針對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行改革創(chuàng)新的過(guò)程中，往往會(huì)利用“有限導(dǎo)流能力模型”來(lái)對(duì)它的壓裂效果進(jìn)行檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)模型信息進(jìn)行計(jì)算和研究，可以發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的弊端和不足，并進(jìn)行又一次的改進(jìn)。以有限導(dǎo)流能力模型為理論基礎(chǔ)，我們可以利用相應(yīng)的公式計(jì)算出單層裂縫的最大流通能力。在計(jì)算出其油量最大流出能力的同時(shí)我們可以結(jié)合油田的平均滲透率，對(duì)它的實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行一定的預(yù)估。除此之外，還需要考慮到其他各方面有可能影響石油產(chǎn)量的因素，從而逐一制定相應(yīng)的解決措施，進(jìn)而使單層壓裂技術(shù)的使用效果得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。

(2)井網(wǎng)壓裂技術(shù)分析及突破點(diǎn)

相較于單層壓裂技術(shù)而言，井網(wǎng)壓裂技術(shù)主要是圍繞整個(gè)油井內(nèi)的單個(gè)組合而展開(kāi)的施工操作，相對(duì)來(lái)說(shuō)這一技術(shù)的施工范圍更大一些。由于井網(wǎng)壓裂技術(shù)圍繞油井單元展開(kāi)壓裂施工操作，所以在正式施工之前，施工人員應(yīng)當(dāng)對(duì)油井單元的注水情況以及具體的開(kāi)采現(xiàn)狀進(jìn)行一定的了解。油井單元位于儲(chǔ)存的不同決定了其開(kāi)采環(huán)境的差異性，通過(guò)對(duì)每一個(gè)單獨(dú)的儲(chǔ)存單元進(jìn)行全面的研究分析，可以建立起相關(guān)的專(zhuān)業(yè)模型用于保障井網(wǎng)壓裂技術(shù)的使用效果。在建立模型的前提下，可以根據(jù)模型的參數(shù)及信息，進(jìn)一步調(diào)整井網(wǎng)壓裂單元的施工規(guī)模和壓裂數(shù)據(jù)。就目前而言，我們往往會(huì)從降低機(jī)制以及減小裂縫的角度來(lái)完成井網(wǎng)壓裂技術(shù)的使用改造。在一般情況下，只要能夠保障這兩方面的合理性，那么也就意味著井網(wǎng)壓裂技術(shù)的使用效果不會(huì)太差。

(3)多層壓裂技術(shù)分析及突破點(diǎn)

從某種程度上來(lái)說(shuō)，多層壓裂技術(shù)是單層壓裂技術(shù)的升級(jí)版本。單層壓力技術(shù)以一個(gè)點(diǎn)為中心展開(kāi)施工，而多層壓力技術(shù)是以地層為中心而展開(kāi)相應(yīng)的施工操作。所謂地層，可以簡(jiǎn)單地理解為一條線(xiàn)上得多個(gè)點(diǎn)，而其中的每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的就是一個(gè)油田儲(chǔ)層。在反復(fù)研究和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)多層壓裂技術(shù)的改造方向與井網(wǎng)壓裂技術(shù)是一致的。

5.油田壓裂增產(chǎn)改造工藝技術(shù)分析

(1)重復(fù)壓裂技術(shù)

所謂重復(fù)壓裂技術(shù)是指針對(duì)某一石油層段進(jìn)行多次的壓裂，從而使其產(chǎn)生導(dǎo)流能力較高的支撐性裂縫。相較于進(jìn)行重復(fù)壓裂操作之前，壓裂之后所產(chǎn)生的裂縫能夠更好地連通油層，極大地提高了石油產(chǎn)量和流出率。在實(shí)際施工的過(guò)程中，施工人員能否把握好裂縫的轉(zhuǎn)向在一定程度上決定著重復(fù)壓裂技術(shù)的施工效果是否滿(mǎn)足開(kāi)采需求。據(jù)相關(guān)研究表明，每一次重復(fù)壓裂時(shí)所產(chǎn)生的裂縫都會(huì)沿著原有裂縫的方向在不斷地延伸，但與之前不同的是，裂縫延伸一段距離往往會(huì)產(chǎn)生小幅度的轉(zhuǎn)向。部分油田頁(yè)巖層的均質(zhì)程度并不是很高，在這種情況下，是有可能產(chǎn)生裂縫轉(zhuǎn)向并形成新縫網(wǎng)絡(luò)。但由于我們無(wú)法保障每一次重復(fù)壓裂時(shí)都能促使裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，所以就很難據(jù)此獲得具體的開(kāi)采信息。在當(dāng)今時(shí)代下，相關(guān)企業(yè)與研究人員不僅需要進(jìn)一步加大對(duì)裂縫轉(zhuǎn)向以及新縫網(wǎng)的研究力度，而且還要善于利用各種傳感器對(duì)油田情況進(jìn)行深入的探測(cè)。

(2)清水壓裂技術(shù)

清水壓裂技術(shù)主要是利用專(zhuān)業(yè)的工作液進(jìn)行相關(guān)的壓裂操作，工作液主要是以清水為原料，要求技術(shù)人員在其中按比例加入適量的活性劑、降阻劑以及防澎湃劑等液體。相較于其他壓裂技術(shù)而言，清水壓裂技術(shù)不僅對(duì)油田結(jié)構(gòu)的傷害更低，花費(fèi)成本更少，而且更善于解決石油堵塞的問(wèn)題。傳統(tǒng)的清水壓裂技術(shù)主要被用于降低壓裂支撐劑的濃度，使其處在合理范圍內(nèi)。由于天然氣的巖石表面相對(duì)來(lái)說(shuō)比較粗糙，并不能夠完全徹底的閉合，所以我們可以利用清水壓裂技術(shù)來(lái)注入工作液，從而提高低滲透油田的導(dǎo)流能力。在實(shí)際施工的過(guò)程中，首先施工人員可以利用向裂縫中泵入“巖石酸”的方式來(lái)清理其中存在的各種雜質(zhì)。尤其針對(duì)近井地帶的封堵地段，更需要進(jìn)行全面的清理，以便保障后續(xù)石油開(kāi)采的效率和質(zhì)量。在全面清理之后，施工人員可以利用清水壓裂技術(shù)將調(diào)配好的工作液注入裂縫之中，從而保證裂縫的進(jìn)一步延伸。在大多數(shù)情況下，清水壓裂技術(shù)不僅不會(huì)對(duì)施工環(huán)境造成一定的破壞或污染，而且有時(shí)還會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)裂縫，從而提高石油滲透率。

(3)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)

相較于其他壓力技術(shù)而言，縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)具有更強(qiáng)的針對(duì)性，它要求施工人員在正式施工之前做好相應(yīng)的選檢工作。在針對(duì)性選井時(shí)，應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。首先是地層能量必須是充足的，它的多少在一定程度上決定著暫堵壓裂井有效期的長(zhǎng)短。據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，想要采用縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的前提是保證地層壓力恢復(fù)水平在原始地層力的95%以上。其次在于油井的綜合采出程度不能過(guò)高。任何一個(gè)油藏井在開(kāi)發(fā)的初始階段，都會(huì)經(jīng)過(guò)一定砂量的壓裂改造。這一階段的改造技術(shù)往往存在較大的局限性，只有經(jīng)過(guò)重復(fù)性的壓裂改造，才能夠有效地提高其產(chǎn)出能力。還有就是在實(shí)際進(jìn)行注水開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，我們應(yīng)盡可能地選擇側(cè)向的油井，這樣能夠有效避免水線(xiàn)溝通時(shí)產(chǎn)生的暴性水淹現(xiàn)象。

(4)水平井分段壓裂技術(shù)

水平井分段壓裂技術(shù)主要適用于油田頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)中，其作用主要體現(xiàn)在增加水平井的儲(chǔ)層與鏡頭之間的接觸面積，進(jìn)而促進(jìn)油田產(chǎn)量的提升。在水平井分段壓裂技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合實(shí)踐效果來(lái)看，水平井分段壓裂技術(shù)主要分為以下幾類(lèi)：首先是化學(xué)隔離技術(shù)，該技術(shù)主要是在射開(kāi)第一段之后將油管壓裂，并利用沙子和液體膠塞對(duì)已經(jīng)壓裂的井段進(jìn)行隔離，直到所有的改造井段依次壓開(kāi)。其次是機(jī)械隔離技術(shù)，該技術(shù)主要是利用機(jī)械組合的方式將每一段壓裂，但是在壓力過(guò)程中的機(jī)械組合方式不同，例如機(jī)械橋塞與封隔器的組合、環(huán)空分割器的應(yīng)用以及雙封隔器單卡分壓的模式，尤其是在淺層油藏中，加強(qiáng)環(huán)空分割器進(jìn)行分段壓裂能有效地預(yù)防出現(xiàn)事故。環(huán)空封隔器分段壓裂技術(shù)比較成熟，在淺層油藏開(kāi)采過(guò)程中的應(yīng)用十分廣泛，但在深井中的應(yīng)用效果不夠理想，因此需要繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和技術(shù)改善，這樣才能使其得到更廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更好的作用。還有一種就是限流壓裂技術(shù)，主要是在整個(gè)壓力過(guò)程中，使壓裂液從射孔中高速的通過(guò)，并進(jìn)入儲(chǔ)層，而這一階段勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致孔眼摩阻，且隨泵注排量的增加而增大，帶動(dòng)井底壓力的上升，當(dāng)井底壓力一旦超過(guò)多個(gè)壓裂層段的破裂壓力，即在每一個(gè)層段上壓開(kāi)裂縫，它要求各個(gè)段破裂壓力基本接近，可用孔眼摩阻來(lái)調(diào)節(jié)。

6.結(jié)束語(yǔ)

石油開(kāi)采的效率和質(zhì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，而加大對(duì)壓裂增產(chǎn)改造工藝技術(shù)的研究力度能夠?yàn)槲覈?guó)油田開(kāi)采企業(yè)的正常生產(chǎn)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的保障?；诖?，相關(guān)企業(yè)及研究人員必須要加快有關(guān)研究的步伐，從而顯著降低油田開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)，使其開(kāi)采質(zhì)量得到提升。