致密油儲層體積壓裂技術研究

石長富(冀東油田井下作業(yè)公司試油分公司，河北 唐山 063200)

0 引言

石油資源在促進技術進步和經(jīng)濟發(fā)展等方面有著舉足輕重的地位，對于石油資源開采，各國政府一直給予高度的重視。油田開采過程中會涉及大量的機械設備和技術操作，研發(fā)智能先進的機械設備和科學的操作技術一直是石油資源開發(fā)行業(yè)高度關注的問題。對于致密油儲層的石油開采，已有學者指出體積壓裂技術在改造油儲層裂縫和創(chuàng)造優(yōu)良開采條件等方面呈現(xiàn)出良好的實用效果。綜合分析致密油儲層和體積壓裂技術特點，對技術施工過程的難點、影響因素和注意事項等進行探究分析，將有助于全面了解體積壓裂技術在致密油儲層開采過程中的實用價值，為體積壓裂技術的進一步發(fā)展創(chuàng)新提供理論參考。

1 致密油儲層體積壓裂技術

1.1 致密油儲層特點分析

致密油主要儲存在緊鄰源巖的致密層中，儲層區(qū)多有致密砂巖、灰?guī)r和碳酸鹽巖等構(gòu)成，具有密度小和基質(zhì)滲透率低等特點，有報道稱致密油儲層的基質(zhì)平均滲透率一般小于0.2 mD。并且致密油儲層的油藏深度較深，在考慮地表壓力、溫度和油黏度等因素的情況下，為了便于油田資源開采，致密油儲層大多需要采用壓裂技術對現(xiàn)場開采環(huán)境進行改造，降低油田開采的難度，保障油田的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。

1.2 致密油儲層改造難點分析

基于致密油儲層地質(zhì)特點，采用壓裂技術進行改造，大多會面臨以下幾個難點。第一，致密油儲存具有物性差、非均質(zhì)性強和天然裂縫不發(fā)育等特點，其在水平兩方向具有較大的應力差。因此采用常規(guī)的壓裂技術工藝作業(yè)時，存在加砂難度大、起裂難等難點，不利于形成復雜裂縫體系。第二，由于一些水平段固定儲層改造失敗，造成竄槽部位的儲量動用丟失。第三，采用鉆頭作業(yè)時，水平段的砂礫使得鉆遇率降低，造成儲存位置偏離目標位置2～4 m。第四，砂礫成分使得地表層的閉合應力提高，偏軟的巖石使得支撐劑大量嵌入，這些容易對人工裂縫的有效支撐造成影響。第五，原始地層一般壓力系數(shù)低和能量弱，對于常規(guī)壓裂技術，存在能量遞減速度快和支撐水平穩(wěn)定性差等局限。

1.3 體積壓裂技術特點

體積壓裂技術是基于常規(guī)壓裂技術，聯(lián)合多種方法促使產(chǎn)生更多的縫隙，讓主縫隙和天然裂縫共同發(fā)揮作用，加大油田改造體積，提高采油量。人工裂縫大于油田自身最大應力差，或小于最小的應力差時，會出現(xiàn)更多分支裂縫，從而形成多條裂縫相互交錯形成網(wǎng)狀裂縫。分支裂縫與主裂縫共同構(gòu)成裂隙網(wǎng)，體積壓裂技術是形成裂隙網(wǎng)的工藝技術。體積壓裂技術在油田開發(fā)行業(yè)應用廣泛，相比于采用剪切、滑移和拉斷等方法處理油田故障，此技術有助于從理論分析的角度，幫助區(qū)分原生裂縫和次生裂縫，并建立相應的油田滲流模型，分析油田的滲透特性，進而有助于提高油田的滲透率和開采效率。體積壓裂技術在實際應用過程中，需要多種機械設備參與，因此對于技術人員的知識儲備，具有較高要求。同時材料改進也是體積壓裂技術實用過程中需要注重優(yōu)良的材料是保障油田開采區(qū)應力效果的堅實基礎。

體積壓裂技術并不是對所有油田開采都具有絕對的優(yōu)勢，每個油田都有各自的特征，因此在選擇是否采用體積壓裂技術時，需要在掌握體積壓裂技術特點的基礎上，對油田環(huán)境和巖層結(jié)構(gòu)進行充分考量，分析出適合采用體積壓裂技術的范圍。同時為了保障體積壓裂技術的具有良好的應用效果，需要進一步充分考慮體積壓裂技術的儲存條件，以避免在交叉作用下，多層分裂縫對裂隙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。體積壓裂技術用于油田開發(fā)多是用于油田改造，研究天然裂縫規(guī)律，遵循規(guī)律對油田進行改造，以形成符合油田實際情況和適合油田開采的裂隙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)?？傊?，體積壓裂技術改造致密油儲層有兩大優(yōu)勢，一是形成復雜的裂隙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，二是全面提高儲層滲透率。

1.4 體積壓裂技術實施的影響因素

地質(zhì)條件是影響體積壓裂技術施工的一個重要因素。在采用體積壓裂技術進行石油開采作業(yè)時，油氣儲層具有一定數(shù)量裂縫是石油開采作業(yè)開展的先決條件，也是體積壓裂技術順利施工的基本前提。天然裂縫的位置與最小應力大小和方向有著直接的聯(lián)系，天然狀態(tài)下，兩者大多成呈現(xiàn)為垂直的狀態(tài)，裂縫之間的相互作用容易導致形成交錯復雜的裂縫網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，對進一步的開采工作會造成影響。

煤田開采前，需借助外界壓力促使地面產(chǎn)生裂縫，然后在支撐劑的作用下，讓裂縫保持撐開的狀態(tài)。而采用的支撐劑或壓裂液會在巖層介質(zhì)中發(fā)生自行流動，如果巖層吸收過多支撐液，裂縫將無法保持撐開的狀態(tài)，不利于進一步的開采工作。因此為了減少巖層對支撐液體的吸收，需地下巖層保持弱親水性的狀態(tài)，以促使壓裂液體發(fā)揮作用，幫助節(jié)省支撐液的使用量，在保障施工順利的同時，節(jié)約成本開支。

2 體積壓裂相關技術在油區(qū)的開采應用

2.1 裂縫封堵技術

裂縫封堵技術是體積壓裂技術在油區(qū)開采實用過程中常常采用的一種技術，通過對“端部除砂”進行壓裂，封堵縫隙，可有效提高裂隙中的凈壓力。在實際應用中，裂縫封堵技術主要以粉土和暫堵劑作為填充材料對裂縫進行封堵，產(chǎn)生的凈壓力會改變裂縫方向，從而形成裂縫分支。油田開采過程中，多條裂隙同時展開擴大是一個常見的問題，裂隙在逐漸擴大的過程中會產(chǎn)生相互作用，促使裂隙變窄，這將嚴重影響加砂壓裂操作，造成流體損失，此時要提高含砂率，就必須提高對支撐粒徑的要求。裂縫壓裂稱臨時壓裂，由多叢射孔壓裂造成，暫時閉式壓裂用于改造不開孔叢井的開孔狀態(tài)，以提高裂縫凈壓力，實現(xiàn)油藏最大接觸，從而提高油田的開采效率和產(chǎn)油量。

2.2 中間停泵壓裂技術

油田地質(zhì)條件和施工技術等是影響體積壓裂技術的重要原因，地質(zhì)條件包括巖層成分、裂隙形態(tài)，以及裂隙形成的時間、方向和方式等。因此在采用體積壓裂技術之前，需要對地質(zhì)條件進行考察，對于不同的地質(zhì)特征，應當采用不同的裂縫處理方法。處理油區(qū)裂縫過程中，裂隙通常為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。中間停泵壓裂技術多用于第二次壓裂停止施工后再次壓裂施工。對于復雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的裂縫，在建立液體通道時具有較大的便利，即使油田開采多次停機，也可以快速再次啟動，此時中間停泵壓力技術具有較大優(yōu)勢。

2.3 射孔壓裂技術

射孔壓裂技術對于改造油區(qū)是一項突破性的技術，也是體積壓裂技術的關鍵。采用射孔壓裂技術時，需要布置管道或電纜，以連接橋塞。當油田開采到達一定程度著火時，可采用射孔器進行點火射孔。持續(xù)一段時間后，油區(qū)因為射孔量和射孔密度等原因，裂縫數(shù)量增加，主裂縫寬度增加，裂縫網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更加復雜。而如果射孔眼被堵塞或數(shù)量不足，會使得油區(qū)壓力增加，壓力過大會直接危害井筒安全。此時可采用限流壓裂技術控制射孔眼數(shù)量，從而幫助控制井筒壓力。叢裝射孔壓裂過程中，每個射孔可作為單獨裂源，油區(qū)應力角度發(fā)生變化，裂縫會因此發(fā)生轉(zhuǎn)向。多個裂縫發(fā)生側(cè)向分裂，可有效克服應力，控制裂縫走向，最終形成獨立的主要裂縫。

3 體積壓裂技術在油田開發(fā)實際應用中注意事項

3.1 保持良好開采條件

上文已經(jīng)介紹到地質(zhì)條件和巖層狀態(tài)對體積壓裂技術的施工有著直接聯(lián)系，因此良好的開采環(huán)境的好壞與體積壓裂技術的施工有著直接聯(lián)系。當天然環(huán)境無法達到施工要求，就必須借助人工開創(chuàng)良好的施工環(huán)境。因此，在施工作業(yè)之前，首先要對油田的地理位置、周邊環(huán)境、巖層結(jié)構(gòu)等進行考察，了解巖石類型和結(jié)構(gòu)是否適合巖石壓裂，綜合各種因素，制定相應的石油開采方案。對于環(huán)境中存在的會影響石油開采工作的因素，需要有針對性地根據(jù)具體的現(xiàn)場情況提出解決方案，以避免環(huán)境因素阻礙開采工期的正常推進。

3.2 適當控制壓裂效果

在石油開采作業(yè)期間，采用體積壓裂技術施工時，巖石體積大小與壓力呈正相關，巖石體積越大，壓力越大，當壓力超過規(guī)定范圍，可能會致使巖石出現(xiàn)較大裂痕，從而阻礙開展進一步施工作業(yè)。而壓力過低則無法滿足石油開采需要，也會阻礙施工作業(yè)的順利開展。體積壓力過高過低都將影響石油開采工期，造成經(jīng)濟損失，提高時間成本。因此，由專業(yè)技術人員制定施工計劃，控制施工配比，是控制體積壓裂效果的重要保障。

3.3 優(yōu)化體積壓裂技術開采條件

已知油田開采環(huán)境復雜多變，為了促進體積壓裂技術操作的順利進行，就必須依據(jù)油田環(huán)境，盡可能為油田開采提供良好的開采條件。首先，專業(yè)技術人員根據(jù)現(xiàn)場勘查選取合適的施工地點。其次，結(jié)合施工位置現(xiàn)場環(huán)境，根據(jù)體積壓裂施工需求布置現(xiàn)場。借助人為施工或機械設備對現(xiàn)場可能影響施工的潛藏因素進行排查和消除。在體積壓裂技術實施應用過程中，也需要有專業(yè)人員關注現(xiàn)場的具體情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題，需立即采取措施解決。

3.4 完善體積壓裂技術施工的設備配置

體積壓裂技術用于致密油儲存開采，必須借助各種大型的儀器設備，專業(yè)精良的儀器設備是施工順利進行的基本保障。因此，在同時考慮作業(yè)人員人身安全和施工進程的基礎上，完善體積壓裂技術施工過程中涉及的設備配置，及時對各個機械設備進行檢查維修，是整個體積壓裂技術用于煤田開采不可忽視的問題。除了完善設備，針對實際施工過程中存在的一些弊端和瑕疵，技術人員也可以在考量施工安全的基礎上，對各個設備布置和施工安排進行調(diào)整和優(yōu)化，使各個設備能更好地適應現(xiàn)場開采環(huán)境。

3.5 對施工技術人員進行定期培訓

體積壓裂技術在實際操作過程中，涉及大量的專業(yè)技術理論知識和操作，各個施工技術人員不僅需要學習掌握相關的技術操作過程，還需要對各個操作相應的理論知識有清晰的認知。因此，在技術人員正式進入現(xiàn)場之前，必須有經(jīng)驗豐富的前輩技術人員對其進行理論和實操的培訓，制定相應的培訓計劃，定期進行培訓考核。當技術人員正式進入現(xiàn)場參與施工作業(yè)的初期，也必須由經(jīng)驗豐富的技術人員在一旁指導，直到技術人員在理論和實際操作兩方面都有充分的知識儲備，滿足獨立作業(yè)的各項要求。

3.6 把握體積壓裂技術的工藝特點

除了從外在施工條件、機械設備和技術人員等方面對體積壓裂技術實際運用注意事項進行分析，更重要的是從體積壓裂技術本身進行分析。相對于傳統(tǒng)壓裂技術，體積壓裂技術從天然裂隙和巖層結(jié)構(gòu)等多方面進行綜合分析，通過分段多簇射孔、高排量和低黏度液體等技術，在主裂縫的側(cè)向上形成此生裂縫，最終形成由剪切、滑移等多種力學共同構(gòu)成的復雜網(wǎng)絡體系。此外，體積壓裂技術基于傳統(tǒng)滲流理論模型的基礎上，通過一系列技術有效降低了流體滲流的驅(qū)動壓力，減小了流體滲流到裂縫的距離。體積壓裂技術產(chǎn)生的復雜裂縫體系直接增大了基質(zhì)流體到裂縫的滲流距離，提高了油儲層的滲透率，在長、寬和高三個維度對致密油田儲層進行了改造?；趯w積壓裂技術的工藝特點分析，在實際運用過程中，技術人員需要依據(jù)此技術的特點，充分掌握拉斷法、剪切法和滑移法等多種可有效解決技術故障的方法，以促使體積壓裂技術有效發(fā)揮作用，提高致密油儲層滲透率，為油田的進一步開采奠定基礎。

4 結(jié)語

基于致密油儲層和體積壓裂技術的特點，已有大量學者就體積壓裂技術在致密油儲層開采過程中的實際應用效果進行了考察分析，發(fā)現(xiàn)體積壓裂技術在改造致密油儲層裂縫環(huán)境，創(chuàng)造優(yōu)良開采條件，降低開采難度，縮短滲透距離和提高滲透率等方面呈現(xiàn)出良好的實際應用效果。體積壓裂技術用于致密油儲層開采首先需要分析油田現(xiàn)場環(huán)境和巖層結(jié)構(gòu)，分析油田特點，在充分掌握體積壓裂技術的基礎上，完善技術施工現(xiàn)場布置。實際施工過程中主要采用裂縫封堵技術、中間停泵壓裂技術和射孔壓裂技術三種技術，每種技術相互配合，共同實現(xiàn)了體積壓裂技術的順利施工。總之，體積壓裂技術用于油田開采，需要從技術施工操作、技術作業(yè)人員和開采環(huán)境等不同維度進行充分考量，以為油田開采作業(yè)的順利進行打下堅實的基礎。