低滲透油田壓裂技術(shù)分析及展望

周天宇，薛繁鵬

(1.吉林油田扶余采油廠，吉林 松原 138000；2.吉林油田工程技術(shù)服務(wù)公司，吉林 松原 138000)

0 引言

當(dāng)前階段，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模龐大，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)石油的需求量不斷上升。人們必須要通過(guò)完善的石油開(kāi)采技術(shù)手段，提高石油的開(kāi)采效率，才能滿足人們對(duì)于石油資源的需求。從世界角度出發(fā)，低滲透油田分布廣泛，資源豐富，但是低滲透油田本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滲透能力低，開(kāi)發(fā)難度大，以至于產(chǎn)量不高。為了提高石油資源的開(kāi)采效率，減少環(huán)境污染，強(qiáng)化壓裂技術(shù)在低滲透油田開(kāi)采中的使用至關(guān)重要。

1 壓裂技術(shù)原理

壓裂技術(shù)主要是指借助水的作用力，在油田上方產(chǎn)生裂縫，由此，也稱之為油層水力壓裂。在油田的開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)用壓裂技術(shù)，可誘使油層中以壓裂方式借助壓裂車以高壓大排量方式壓入壓裂液，從而使較多的裂隙在油層中產(chǎn)生，隨后將石英砂以及相關(guān)材料填充到產(chǎn)生的裂隙內(nèi)部，由此來(lái)提升油層的滲透能力。通過(guò)不斷改善油田的滲透能力，提高油田的開(kāi)采效率，不斷增加油田的開(kāi)采量。運(yùn)用于壓裂技術(shù)的壓裂液種類很多，乳狀壓裂液、水基壓裂液、酸基壓裂液、泡沫壓裂液等屬于常用的幾種類型。

2 低滲透壓裂技術(shù)

低滲透油田壓裂技術(shù)就是壓裂技術(shù)原理的充分體現(xiàn)，是壓裂原理在實(shí)際中的運(yùn)用，它通過(guò)水的作用力而產(chǎn)生水力壓裂，達(dá)到制造裂縫的效果。壓裂液的不同黏度，使得油層在壓裂作業(yè)后，產(chǎn)生大小規(guī)格各異的壓裂縫隙。此時(shí)，技術(shù)人員將石英砂以及相關(guān)材料注入裂縫，不斷改善油田的滲透能力，最大限度提高開(kāi)發(fā)效率。開(kāi)采石油過(guò)程中壓裂液的選擇很重要，技術(shù)人員要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行擇取。

3 壓裂改造技術(shù)

壓裂改造技術(shù)作為低滲透油田石油相應(yīng)技術(shù)的重要角色，對(duì)于提升石油單井開(kāi)采量有很大幫助，特別是在低滲或者特低滲油田表現(xiàn)尤為突出。

3.1 開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)

開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)從整體上對(duì)壓裂技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，它的理論基礎(chǔ)為水力壓裂與油藏工程。該技術(shù)應(yīng)用到了兩種手段，第一種為壓裂裂縫模擬手段，第二種為油藏?cái)?shù)值模擬手段，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)水力裂縫和地質(zhì)進(jìn)行建模。在這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，對(duì)地應(yīng)力方位和水力裂縫的分析難度有些大，因此在開(kāi)采油田時(shí)要根據(jù)低滲透油田的實(shí)際情況建立合適的數(shù)學(xué)模型。要達(dá)到優(yōu)化石油開(kāi)發(fā)的效果，還需要組合干預(yù)水力裂縫體系和開(kāi)發(fā)井網(wǎng)，通過(guò)促進(jìn)低滲透油田的滲透率，不斷提高低滲透油田的開(kāi)發(fā)量。在建模完成后，與之匹配的結(jié)構(gòu)也要完成。完成好了上述的各項(xiàng)工作之后，還需要對(duì)井網(wǎng)水力裂縫整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體升級(jí)。開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)的運(yùn)用，增加了油藏的開(kāi)發(fā)，為我國(guó)石油使用作出了巨大貢獻(xiàn)。

3.2 低傷害壓裂技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低傷害甚至無(wú)傷害材料被制造，它們的出現(xiàn)推動(dòng)了低傷害壓裂技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，這種技術(shù)在低滲透油田增值改革中得以運(yùn)用。該技術(shù)的應(yīng)用首先是壓裂設(shè)計(jì)，然后到壓裂施工，最后進(jìn)行的是壓裂之后的管理，由這些步驟來(lái)達(dá)到縮小支撐裂縫的效果，減少對(duì)儲(chǔ)油層的傷害，得到最優(yōu)的支撐縫長(zhǎng)度，增加導(dǎo)流的能力。通常在使用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，要注意核心材料的使用，這是支撐整個(gè)低傷害壓裂技術(shù)的核心，同時(shí)壓裂液的體系性研發(fā)也尤為重要。低傷害壓裂技術(shù)的使用，首先要對(duì)儲(chǔ)層傷害和裂縫傷害進(jìn)行分析，這一過(guò)程需要進(jìn)行定量模擬實(shí)驗(yàn)以及技術(shù)實(shí)驗(yàn)；其次，壓裂液的選擇尤為重要，要以無(wú)傷害甚至低傷害材料為主要材料；最后，利用支撐劑分布和壓裂液分段以及破膠等最佳技術(shù)進(jìn)行采用工藝的優(yōu)化。

3.3 整體優(yōu)化技術(shù)

單井優(yōu)化壓裂技術(shù)一直在不斷地進(jìn)行設(shè)計(jì)和改良，其改造的過(guò)程中結(jié)合了最優(yōu)化理論和系統(tǒng)工程，最終形成了低滲透優(yōu)化壓裂技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的研究對(duì)象為整個(gè)油田開(kāi)采區(qū)域，它將油藏劃分為不同的研究單元，主要目的是為了增加油田實(shí)際開(kāi)發(fā)效果，綜合考量裂縫長(zhǎng)度和井網(wǎng)導(dǎo)流能力，并對(duì)油藏產(chǎn)生的參數(shù)進(jìn)行覆蓋式研究，這樣就能得到關(guān)于油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息，時(shí)刻把控采油量，還能分析出開(kāi)采所得經(jīng)濟(jì)效益，不僅優(yōu)化了導(dǎo)流能力，還計(jì)算出了最合適的裂縫尺寸。在使用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、質(zhì)量控制、數(shù)值評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)勘察、裂縫模擬等方式對(duì)油田的實(shí)際情況經(jīng)行評(píng)估和分析，合理綜合整體情況以達(dá)到整體優(yōu)化技術(shù)使用的目的。結(jié)合目前情況，這是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，是科學(xué)的、經(jīng)過(guò)實(shí)踐得到的壓裂技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外，被很多公司采用。

3.4 重復(fù)壓裂技術(shù)

水力壓裂這項(xiàng)技術(shù)在油田開(kāi)采中廣泛應(yīng)用，但是這種技術(shù)仍然存在著缺點(diǎn)，在這種方式使用之后，油田在作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)裂縫失效的狀況。為了使油田生產(chǎn)穩(wěn)定，增加油田產(chǎn)量，提高采油率，就需要對(duì)油田進(jìn)行反反復(fù)復(fù)的壓裂，重復(fù)壓裂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。迄今為止，廣泛使用的重復(fù)壓裂技術(shù)內(nèi)容包括兩個(gè)方面：(1)在原來(lái)產(chǎn)生的裂縫基礎(chǔ)上再使其疏通和延伸。一般是在原來(lái)有的基礎(chǔ)上增加壓裂力度，使裂縫能夠延長(zhǎng)，另外一種措施是增加砂量，提高裂縫對(duì)石油的導(dǎo)流效率，使導(dǎo)流更加順暢，導(dǎo)流性能顯著提高。這些都是重復(fù)壓裂的基礎(chǔ)理念。為確保石油開(kāi)采達(dá)到增產(chǎn)目的，對(duì)反復(fù)壓裂做一個(gè)良好的規(guī)劃必不可少；(2)對(duì)已經(jīng)有的老的裂縫進(jìn)行填充、堵塞，而新的裂縫則采用壓裂方式。要對(duì)老縫進(jìn)行填補(bǔ)，就必須要有特殊的填補(bǔ)劑，將填補(bǔ)劑填充在舊裂縫和孔眼，而在新開(kāi)的孔眼則采用壓裂方式，隨后對(duì)老的裂縫進(jìn)行封堵，最后還要在老裂縫的地方去開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的裂縫，目的是可以測(cè)出石油儲(chǔ)量的流動(dòng)途徑。重復(fù)壓裂技術(shù)的發(fā)展歷程，能夠有效地進(jìn)行裂縫疏通和舊縫填補(bǔ)。

3.5 高能壓裂技術(shù)

高能氣體壓裂技術(shù)原理如下，想要采用此技術(shù)來(lái)制造壓裂，一般情況下需要借助特殊的材料，通過(guò)引爆和燃燒特殊材料，產(chǎn)生大量高能量、速度快的高壓脈沖，這些高壓的氣浪會(huì)經(jīng)過(guò)炮眼打到地表的巖石上，就會(huì)產(chǎn)生散發(fā)狀的裂縫，這些裂縫的出現(xiàn)，是氣浪克服萬(wàn)有引力做功而最終形成的。這種模式的功能性極強(qiáng)，不僅可以將近景污染區(qū)擊穿，提高導(dǎo)流性，而且還能與天然裂縫產(chǎn)生內(nèi)在聯(lián)系。除此之外，高能氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于空氣在靜態(tài)條件時(shí)的壓強(qiáng)。巖石本身存在著一定的屈服極限，當(dāng)壓強(qiáng)大于屈服極限時(shí)，會(huì)對(duì)巖石產(chǎn)生不可逆的塑性變形，值得我們注意的是，這是一種不可消除的塑形，當(dāng)裂縫開(kāi)始縫合之后，依舊可以看到殘留下來(lái)的縫寬。

由于高能氣體的產(chǎn)生，會(huì)損壞某些晶粒的形狀，伴隨著出現(xiàn)大小不一的巖石碎屑，這些巖石碎屑并非沒(méi)有作用，它們可以產(chǎn)生一定的支撐效果，而且效果算得上是比較良好。在進(jìn)行高能氣體壓裂時(shí)，空氣中會(huì)存在大量熱能，這是因?yàn)槿剂系囊忘c(diǎn)燃，使得大量熱能涌現(xiàn)，大量的能量使液體發(fā)生氣化，并沖出泡眼沖擊地表，使得地表的溫度快速上升，地表溫度升高后正好可以清除附近的堵塞物。壓力數(shù)值會(huì)在這整個(gè)流程當(dāng)中呈現(xiàn)出減弱的狀態(tài)，井筒周圍會(huì)不可避免地產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，這是一種水力沖擊波，它能夠較好地清除油層中產(chǎn)生的機(jī)械性堵塞。所以，高能氣體壓裂技術(shù)不僅可以使油層的導(dǎo)流性能增加，還可以產(chǎn)生清理作用以達(dá)到減少污染的效果，同時(shí)油田的產(chǎn)能將會(huì)有所增加。剛能壓裂技術(shù)，擁有一個(gè)其他壓裂技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，就是該項(xiàng)技術(shù)無(wú)需采用大型的設(shè)備進(jìn)行采油作業(yè)，所以它不會(huì)用到壓裂液等材料，這就簡(jiǎn)化了施工流程，使得過(guò)程變得更加便捷。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于地表的危害性也是很小的，它使得低滲透油田的開(kāi)采成本大大降低。

4 壓裂技術(shù)的展望

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，壓裂技術(shù)也會(huì)得到相應(yīng)的改進(jìn)。據(jù)了解所知，重復(fù)壓裂、復(fù)合壓裂和分層壓裂都是目前石油開(kāi)采行業(yè)中使用的廣泛而頻繁的壓裂技術(shù)。在最近這些年，中國(guó)一直在研究水平井壓裂技術(shù)，并在其中取得了一定的進(jìn)展，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代科技軟件的要求頗高，無(wú)可厚非，這是未來(lái)石油開(kāi)采行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。想要對(duì)油層的壓裂有一個(gè)更精準(zhǔn)的表述，就要對(duì)比有層地質(zhì)以及力學(xué)上的區(qū)別，這個(gè)時(shí)候就可以使用Notel-Smith曲線來(lái)獲得一個(gè)壓力模型，借助這些來(lái)搭建結(jié)構(gòu)健全且準(zhǔn)確的三維模型。這是一個(gè)精準(zhǔn)的綜合的設(shè)計(jì)軟件，能夠優(yōu)化分析壓裂較為困難的井，進(jìn)而有效地對(duì)油井進(jìn)行科學(xué)的壓裂施工，確保壓裂成功率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，壓裂技術(shù)在低滲油田的開(kāi)采中發(fā)揮著舉足輕重的作用，他大大提升了石油的開(kāi)采效率，是一種保證石油開(kāi)采量的有效方法。許多油田在設(shè)計(jì)的一開(kāi)始，就將壓裂技術(shù)視為高效能采油方式。壓裂技術(shù)突破限制將油田開(kāi)采帶到了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。低滲透油田的開(kāi)采采用壓裂技術(shù)達(dá)到了高效能化，使得石油資源的利用更加的充分，同時(shí)也增加了石油產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，帶動(dòng)了一方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在進(jìn)行低滲透油田壓裂技術(shù)探討的時(shí)候，要真正的掌握該項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)原理，以及它的運(yùn)行特征，能夠?qū)δＰ瓦\(yùn)營(yíng)有深度的管理和合理的協(xié)調(diào)，搭建有效的技術(shù)模型。技術(shù)水平一定要跟隨時(shí)代步伐，這樣才能滿足新時(shí)代下對(duì)石油能源的需求，同時(shí)對(duì)油田的開(kāi)采要有合理的管控模式，合理有效地對(duì)不可再生資源進(jìn)行利用，在確?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也要保護(hù)好環(huán)境。