覆膜砂壓裂技術(shù)在油氣開發(fā)中的應(yīng)用及效果分析

文良凡 鄧靜靜

1.中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司 鉆探裝備部 （北京 100028）

2.大慶油田有限責(zé)任公司 第七采油廠第二油礦711隊(duì) （黑龍江 大慶 163517）

石英砂水力壓裂作為油氣井增產(chǎn)的主要措施，已被廣泛應(yīng)用于油氣田開發(fā)。其目的在于將匯集于井筒中的徑向流變成與井筒相連通的導(dǎo)流裂縫中的線性流，達(dá)到改善地層滲透率，減小地層中油氣運(yùn)移阻力，提高地層中原油滲透率的目的。支撐劑是在壓裂過程中隨著壓裂液一起擠入地層，當(dāng)停止泵注后，井底壓力下降到小于閉合壓力時(shí)，支撐劑支撐裂縫，形成導(dǎo)流通道，具有一定強(qiáng)度的固體顆粒。在水力壓裂過程中，壓裂支撐劑的選擇是關(guān)系壓裂成敗和決定壓后增產(chǎn)及影響措施有效期的關(guān)鍵因素[1-3]。

1 國(guó)內(nèi)支撐劑現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的支撐劑主要有石英砂、陶粒兩大類。壓裂支撐劑工作在地層深部，因此支撐劑必須具備以下特點(diǎn)：強(qiáng)度高，抗破碎能力強(qiáng)；密度低，便于施工泵送；化學(xué)性能穩(wěn)定，在地層中耐腐蝕、耐高溫；圓球度好，使所形成的裂縫具有較高的導(dǎo)流能力。石英砂密度低，便于泵送，且價(jià)格低廉容易得到，但其圓球度差，表面光潔度低，易破碎，僅適合于淺井、低閉合油氣層的水力壓裂。陶粒強(qiáng)度高，抗破碎能力強(qiáng)，圓球度好，形成的裂縫具有較強(qiáng)導(dǎo)流能力，但相對(duì)密度大，施工中要求攜砂液密度較高，能量消耗極大，且價(jià)格昂貴。除此之外，這2種支撐劑還有一些不可克服的缺點(diǎn)：當(dāng)?shù)貙娱]合壓力高時(shí)，它們均會(huì)嵌入地層，堵塞裂縫，破壞裂縫的導(dǎo)流能力；在油氣井投人生產(chǎn)時(shí)容易發(fā)生支撐劑吐出或裂縫排空現(xiàn)象，導(dǎo)致壓裂措施達(dá)不到預(yù)期效果。

近10年來針對(duì)石英砂的缺點(diǎn)研制出了一種新型支撐劑樹脂包層砂，即在石英砂表面包裹一層改性苯酚甲醛樹脂，并經(jīng)熱固處理而制成的支撐劑。樹脂包層砂的密度比石英砂輕，該支撐劑形成的裂縫具有較高的導(dǎo)流能力[4]。但由于樹脂包層砂的破碎率隨著閉合壓力的增高而變大，使得裂縫寬度受到樹脂膜的彈性變形，顆粒的壓碎和重新排列的影響而變窄，影響生成裂縫的孔隙度和滲透率，因而樹脂包層砂支撐劑在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用推廣時(shí)受到一定的限制。

2 覆膜砂支撐劑特點(diǎn)

覆膜砂支撐劑沿襲樹脂包層砂支撐劑技術(shù)，是近年來研制出的一種新型支撐劑。覆膜技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇合適的改性環(huán)氧樹脂和固化劑。環(huán)氧樹脂種類繁多，根據(jù)支撐劑包膠的要求，所用的環(huán)氧樹脂常溫應(yīng)為固態(tài)，軟化點(diǎn)在80℃以上，避免支撐劑顆粒儲(chǔ)存時(shí)發(fā)生粘連。包覆的環(huán)氧樹脂必須具有一定的水乳性，在地層中作用時(shí)遇水可乳化粘連到一起，有效阻止支撐劑分散流失以及嵌入地層。固化劑是熱固型樹脂必不可少的化學(xué)反應(yīng)助劑，按固化劑固化溫度可分為低溫、快速固化劑，常溫固化劑，中溫固化劑，高溫固化劑和潛伏型固化劑。包膠支撐劑常溫貯存時(shí)應(yīng)穩(wěn)定，且能在井下水中固化，所以只能選擇中溫固化的潛伏型固化劑。通過加熱原砂，在其中加入熱塑型環(huán)氧樹脂并攪拌均勻，降溫加入潛伏型固化劑，加入潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣攪拌均勻，冷卻混合物，破碎，過篩，即可制得覆膜砂支撐劑。

覆膜砂支撐劑克服傳統(tǒng)石英砂強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)石英砂在閉合壓力大于40MPa時(shí)，即發(fā)生破碎變形，在高壓下產(chǎn)生的碎砂堵塞孔道，嵌入地層，阻礙流體在地層中的流動(dòng)，而通過對(duì)覆膜石英砂進(jìn)行壓裂模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在閉合壓力達(dá)到80MPa時(shí)，覆膜砂鋪墊層仍然保持著相當(dāng)大的孔隙，導(dǎo)流能力良好，其抗破碎能力可以與普通陶粒支撐劑媲美。覆膜砂支撐劑進(jìn)入地層裂縫后，其所包覆的人工高分子膜在地層溫度或活化劑作用下發(fā)生固化反應(yīng)，使每粒砂子均有一層均勻堅(jiān)韌的外殼，而且沙粒之間因聚合作用而嵌合在一起，使原來砂粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸變成面與面接觸，分散沙粒上負(fù)荷，從而提高其抗破碎能力。砂粒嵌合在一起，能有效阻止沙粒運(yùn)移，防止支撐劑回吐，并減少支撐劑嵌入地層降低裂縫導(dǎo)流能力的現(xiàn)象。覆膜石英砂同時(shí)具有密度低，容易泵送，耐腐蝕，耐高溫的特點(diǎn)，此外還能起到透油阻水的功效。通過一系列工藝技術(shù)改變覆膜石英砂包覆層分子結(jié)構(gòu)使其在地層中固化后具有親油憎水的特性。當(dāng)?shù)貙佑退旌弦河龅礁材ど肮袒纬傻牧芽p時(shí)，由于該支撐劑親油憎水的特性能有效地將水阻擋在孔隙外而讓油流通過，達(dá)到降低原油含水率，提高原油采收率的目的。

3 覆膜砂壓裂技術(shù)的應(yīng)用

覆膜砂壓裂即在水力壓裂過程中應(yīng)用覆膜石英砂為支撐劑的壓裂。在2010年4月對(duì)葡71-76井進(jìn)行覆膜砂壓裂。從葡71-76井壓裂前后油井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析可得選用覆膜砂支撐劑實(shí)施壓裂增油增產(chǎn)效果顯著。

3.1 葡71-76井基本概況

（1）葡71-76井開采歷程：葡71-76井于 1988年5月投產(chǎn)，投產(chǎn)初期共射開7個(gè)小層，射開砂巖厚度6.7m，有效厚度5.0m。1992年對(duì)該井補(bǔ)孔，補(bǔ)射葡Ⅰ6層，射開砂巖厚度4.1m，有效厚度4.1m。其中葡Ⅰ6層、葡Ⅰ9層為該井主力油層，葡Ⅰ6層與水井葡71-75、葡70-76連通，葡Ⅰ9層與葡72-G76井單向連通。

（2）葡71-76井潛力分析：通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，葡71-76井區(qū)剩余油富集，挖掘潛力較大，為進(jìn)一步挖掘其剩余油，必須采取相關(guān)措施解除油層污染和堵塞，溝通好原有油層的裂縫和通道，降低該井含水率，配合周邊水井，進(jìn)一步提升其產(chǎn)油量。

3.2 壓前培養(yǎng)及壓裂層段確定

（1）壓前培養(yǎng)：2009年12月對(duì)葡71-75注水井進(jìn)行方案調(diào)整，將葡Ⅰ6層配注由10m3/d提高到30m3/d，實(shí)注由11m3/d提高到32m3/d。2010年3月對(duì)注水井葡72-G76進(jìn)行表活劑解堵，全井日注水量由18m3增加到34m3。

（2）確定壓裂層段：葡71-76井屬于多油層開采的采油井，對(duì)其采用分層壓裂的方法。通過產(chǎn)出剖面測(cè)試顯示葡Ⅰ6、葡Ⅰ9層為該井的主力油層，但含水率高達(dá)98.2%，進(jìn)入高含水階段，為實(shí)現(xiàn)油井增產(chǎn)，必須探索高含水層，做好降低主力油層含水率的工作，因此確定壓裂層段為葡Ⅰ6、葡Ⅰ9層。

3.3 壓裂以及效果對(duì)比

2010年4月19日，葡71-76油井進(jìn)行覆膜砂壓裂。壓裂前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖顯示該井通過壓裂日產(chǎn)液由18.4t/d上升到34.5t/d，日產(chǎn)油由2t/d上升到6.2t/d，綜合含水率下降到74.91%，較好地實(shí)現(xiàn)控水增油，達(dá)到油井增產(chǎn)的目的，壓裂增產(chǎn)效果顯著（圖 1）。

3.4 壓后跟蹤措施

圖1 壓裂前后產(chǎn)液量產(chǎn)油量變化趨勢(shì)圖

（1）油井參數(shù)調(diào)整：在壓裂后連續(xù)跟蹤該井功圖液面，發(fā)現(xiàn)壓裂后沉沒度一直都在700m以上，沉沒度較高。2010年5月份對(duì)該井進(jìn)行調(diào)沖次，由7.5次/min調(diào)到9次/min，調(diào)后該井液面一直穩(wěn)定在400m左右，產(chǎn)量穩(wěn)定。

（2）注水方案調(diào)整：從壓裂前后環(huán)空找水測(cè)試結(jié)果看到，壓裂措施4個(gè)月后，葡Ⅰ9層雖然含水下降，但產(chǎn)液量也由8.1t下降至6.1t，措施遞減較快。因此對(duì)相連通水井注水方案進(jìn)行調(diào)整。2010年8月23日對(duì)與葡Ⅰ9層連通的水井葡72-G76井進(jìn)行注水調(diào)整，將葡Ⅰ9層段注水量由10m3上調(diào)至20m3。調(diào)后葡Ⅰ9層產(chǎn)液8.8t，且葡Ⅰ6、葡Ⅰ9產(chǎn)液含水率均降至86%，達(dá)到較好增產(chǎn)效果。

（3）完善注采關(guān)系：為完善注采關(guān)系，做好壓后跟蹤，葡70-76老油井于2011年7月轉(zhuǎn)注，使葡71-76壓裂井新增水驅(qū)方向5個(gè)，新增水驅(qū)厚度8.4m,具有較強(qiáng)的供液能力。

4 結(jié)論

覆膜石英砂通過在傳統(tǒng)的支撐劑外部人工包覆一層高分子材料而使其具有高強(qiáng)度、低密度、耐腐蝕、耐高溫以及親油憎水的特性。因該材料親油不親水的性質(zhì)使其在地層中形成的孔隙產(chǎn)生的毛細(xì)管力只允許油通過而將水阻擋在孔隙外，實(shí)現(xiàn)透油阻水的目的，使壓裂后的油井產(chǎn)液量提高的同時(shí)含水率大幅度降低。覆膜石英砂作為新型支撐劑的一種，在措施過程中既能保證壓裂效果，又能延長(zhǎng)措施有效期，對(duì)于低滲油田開采及油田開發(fā)中后期的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)意義重大。壓裂工藝中，支撐劑的合理選擇已然重要，但要想達(dá)到預(yù)期增產(chǎn)增油效果，壓前培養(yǎng)和壓后跟蹤工作不可忽視。壓前培養(yǎng)能合理調(diào)整地層壓力，為壓后增產(chǎn)提供適宜條件；壓后跟蹤則能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并對(duì)相關(guān)問題及時(shí)進(jìn)行跟蹤治理，從而保證壓裂效果，延長(zhǎng)壓裂措施有效期，使壓裂增產(chǎn)措施得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

[1]劉讓杰,張建濤,銀本才,等.水力壓裂支撐劑現(xiàn)狀及展望[J].鉆采工藝,2003,26（4）:31-34.

[2]左漣漪,馬久岸.新型樹脂涂層支撐劑[J].石油鉆采工藝,1994,16（3）:77-83.

[3]賈新勇.我國(guó)支撐劑的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,30（19）:105-106.

[4]高旺來,接金立,張為民,等.一種樹脂覆膜砂支撐劑的研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].油田化學(xué),2006,23（1）:39-40.