油田壓裂技術(shù)和壓裂液的優(yōu)化選擇探討

賀麗，慕江波(延長(zhǎng)油田股份有限公司化驗(yàn)中心，陜西 延安 716005)

0 引言

根據(jù)國(guó)內(nèi)油田存在的一些問(wèn)題，如儲(chǔ)油井深度低于高滲透鉆井深度、壓裂后儲(chǔ)油效果差、壓裂液不能有效吸收和徹底排除等，在采油過(guò)程中，這些潛在的問(wèn)題可能導(dǎo)致油層受到嚴(yán)重污染，進(jìn)而對(duì)該地區(qū)油田的工業(yè)生產(chǎn)能力造成不利影響。因此，油田迫切需要一種新型的壓裂技術(shù)，以減少對(duì)油氣層的傷害并解決低孔高滲實(shí)際狀況。

1 壓裂工藝簡(jiǎn)述

水力壓裂技術(shù)是應(yīng)用水力效應(yīng)，使裂縫形成的一項(xiàng)措施，壓裂工藝如圖1所示。該技術(shù)是利用壓裂車(chē)將高壓、高粘度的液體大排量擠入儲(chǔ)層。當(dāng)多條裂縫被壓出時(shí)，加入支撐劑，如石英砂，對(duì)裂縫進(jìn)行填充，以實(shí)現(xiàn)注水量或出油量的增多，進(jìn)一步提升儲(chǔ)層的滲透率[1]。國(guó)內(nèi)很多油田針對(duì)部分埋藏深、滲透率低、孔隙度較差的特點(diǎn)，開(kāi)展了壓裂作業(yè)，并獲得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。隨即又研制成功了水基改性壓裂液，大大降低了水基壓裂液與壓力泵之間的摩阻。

圖1 壓裂工藝圖示

雖然水泵在壓裂構(gòu)件施工中的效率得到了進(jìn)一步提高，但其施工配套技術(shù)還不成熟，壓裂構(gòu)件施工的技術(shù)成功率相對(duì)較低。隨著先進(jìn)的大型壓裂裝置及其生產(chǎn)設(shè)備的引進(jìn)，壓裂裝置技術(shù)也逐步完善，由于各種壓裂裝置技術(shù)的不斷創(chuàng)新，大型低滲油田的原油總產(chǎn)量大大提高。

2 壓裂施工技術(shù)

2.1 避射處理技術(shù)

該檢測(cè)技術(shù)最初在我國(guó)渤南油田被廣泛應(yīng)用[2]。通過(guò)對(duì)多口地下油井層間溫度裂縫曲線、井溫裂縫放射性曲線檢測(cè)、井溫裂縫曲線等技術(shù)特征數(shù)據(jù)的綜合分析可見(jiàn)，在發(fā)現(xiàn)地下油井夾層的過(guò)程中，井溫裂縫的變化比較顯著，然而造縫卻沒(méi)有做到最佳。根據(jù)超聲波斷層探測(cè)對(duì)油井?dāng)鄬淤Y料的采集和分析結(jié)果，層間裂縫中的泥巖土和油藏地質(zhì)相對(duì)較弱，而埋藏在油藏裂縫中的泥巖土和油藏地質(zhì)相對(duì)堅(jiān)硬，因此，不僅會(huì)導(dǎo)致埋在層間裂隙中的泥巖形成明顯的裂隙，而且由于埋在層間裂隙中的泥巖土和地質(zhì)泥巖裂隙厚度較小，無(wú)法有效防止層間裂隙上下方向的裂隙擴(kuò)展，使層間裂紋的厚度波動(dòng)更為嚴(yán)重。為此，人們專(zhuān)門(mén)采用了一種層間壓裂外力保護(hù)技術(shù)，即不需要強(qiáng)行將地下油層的上、下兩部分避開(kāi)十幾米的射程，以防止地下層間被外力壓裂破裂。

在選擇技術(shù)時(shí)，首先要特別注意以下兩個(gè)主要應(yīng)用方面：在地下泥質(zhì)儲(chǔ)層巖性硬化強(qiáng)度較大的特殊條件下，泥巖夾層厚度間距較小，巖性強(qiáng)度相對(duì)不足，可充分利用地下泥巖儲(chǔ)層頂?shù)追蛛x技術(shù)。如果鋼筋混凝土泥巖頂層厚度較小，則不能有效地限制正韻律地下采動(dòng)庫(kù)土第一次壓裂基礎(chǔ)施工中上下裂縫厚度的波動(dòng)。

2.2 前置液處理技術(shù)

預(yù)壓裂液處理技術(shù)主要是在預(yù)壓裂液正式注入前，采用常規(guī)鹽酸注入，以消除井筒和近井筒內(nèi)泥漿以及其他污染物的淤塞，減少地層承受壓力與早期裂縫高度[3]。在施工時(shí)，需向井內(nèi)倒入10～15 m3的HCl溶液，其可以使得壓裂壓力減少至30 MPa以下，有效保障了油田作業(yè)安全。對(duì)于一些井筒裂縫大、壓力高的采油井，可考慮運(yùn)用這種預(yù)酸處理方法對(duì)井筒進(jìn)行油水事先處理。前置液的具體分類(lèi)如圖2所示。酸性混合物在正式油井壓裂方法實(shí)施前可用于擠注或重新注入生產(chǎn)井筒，從而降低油井的壓裂總壓力。在工程后期，也可實(shí)現(xiàn)良好的油井通道的油水滲漏處理效果，并降低油田鉆井作業(yè)的破裂壓力。

圖2 前置液的分類(lèi)

2.3 限流壓裂處理技術(shù)

該項(xiàng)目技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同地下層液體流動(dòng)通道數(shù)的直接影響和自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且可以直接在不同地下層之間形成相對(duì)不同的地下孔摩阻壓差，利用最大排量泵用于徑向注入壓裂液[4]。早期壓裂留下的下部地層將來(lái)可以直接進(jìn)入，得到更多的壓裂液。在某些情況下，還會(huì)直接進(jìn)入，形成較大的井下摩阻，使進(jìn)入地下儲(chǔ)液區(qū)不能再進(jìn)入，從而得到更多的水或壓裂液，使更多的壓裂液儲(chǔ)存在其他較低的地層中進(jìn)行排液，使多個(gè)地下儲(chǔ)液區(qū)一次直接壓裂。

2.4 整體壓裂改造技術(shù)

這種長(zhǎng)期采用單井或單井復(fù)合壓裂生產(chǎn)工藝無(wú)法產(chǎn)生良好規(guī)模壓裂生產(chǎn)效益。隨著我國(guó)地表壓力應(yīng)力裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)和裂縫壓縮監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷完善，對(duì)產(chǎn)油產(chǎn)水區(qū)塊及其整體相關(guān)地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)特征及其整體相關(guān)地質(zhì)參數(shù)的分析和認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，小規(guī)模壓力監(jiān)測(cè)單元的成功研制，使裂縫壓裂技術(shù)不斷完善，從而提升低密度高滲透大型油田采水區(qū)塊施工成果。

3 壓裂液的研究

3.1 普通田菁?jí)毫岩旱倪x用

這種新型含砂壓裂液已在國(guó)內(nèi)許多大型油田大量應(yīng)用，并在相對(duì)低的工作溫度下使用顯現(xiàn)出良好的耐磨黏度，能夠使得摩擦阻力變小[5]，運(yùn)行成本較低，還能開(kāi)展當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行制砂。壓裂液與淺層硼砂油井直接自動(dòng)交聯(lián)后，對(duì)工作溫度的自動(dòng)控制能力相對(duì)較弱，只可在一些工作溫度較低或低于80 ℃的淺層硼砂油井條件下使用。 然而，用有機(jī)氧化鋯金屬溶液直接加熱交聯(lián)，可直接使其耐150 ℃， 可廣泛應(yīng)用于大型深井地下壓裂工程。然而，這類(lèi)壓裂液增加了對(duì)地下儲(chǔ)料層和腐蝕破壞。

3.2 羥丙基田菁?jí)毫岩旱倪x用

普通油氣田菁?jí)毫岩簝?chǔ)存在土壤儲(chǔ)層中，土壤中特殊雜質(zhì)殘留的水基物質(zhì)量較大，對(duì)地下水和油氣田儲(chǔ)集區(qū)及儲(chǔ)層的環(huán)境危害較為嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)田菁?jí)毫岩盒阅艿母倪M(jìn)，可以研制出一種新型水基田菁?jí)毫岩?，它能在一定的環(huán)境條件下，將普通田菁?jí)毫岩褐械陌肴檩几事毒厶桥c聚羥丙基田菁形成的多元醇和甲醚化合物反應(yīng)，制備了一種新型聚羥丙基田菁?jí)毫岩?。因此，壓裂液中使用的有機(jī)交聯(lián)劑的主要成分是有機(jī)硅、二氧化鈦和有機(jī)硼砂，它能承受146 ℃的高溫，同時(shí)具備良好的硼砂承載能力和較低的摩擦阻力。

3.3 羥丙基胍膠壓裂液

目前，壓裂材料施工中最常用的壓裂方法之一是以羥丙基脲瓜爾膠原粉為原料制備壓裂液。胍膠片和原粉需要進(jìn)口，通過(guò)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的原料加工技術(shù)設(shè)備和生產(chǎn)工藝對(duì)原料進(jìn)行加工、改性和破碎，胍膠渣占原料總含量的比例減少至2%。處理后的羥丙基瓜爾膠生粉粘度與國(guó)外瓜爾膠生粉相近。通過(guò)對(duì)該交聯(lián)劑復(fù)配物的不斷研究和深入研究，成功研制出一種有機(jī)羥丙基復(fù)配瓜爾膠塑料壓裂液，廣泛應(yīng)用于不同工作環(huán)境和不同溫度地區(qū)。它能與有機(jī)硅、硼等復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)雙元素交聯(lián)，能有效提高塑料的耐高溫和不降解耐腐蝕性能，具有松散塑料排水帶良好的攜砂排水性能，而且經(jīng)過(guò)破碎、涂膠后的固體廢水較為完整，可同時(shí)達(dá)到較高的廢水回收率，不會(huì)對(duì)地下水和油氣原料儲(chǔ)存區(qū)的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)造成太大的破壞。

3.4 油基型壓裂液的選用

油基型壓裂液在地下油氣藏保護(hù)體系中起著重要作用，十分適合于水敏性地下油氣藏和低壓油氣藏的壓裂工作。國(guó)內(nèi)外曾多次開(kāi)展壓裂試驗(yàn)，并使得壓裂達(dá)到增產(chǎn)目的。

3.5 壓裂液添加劑的選用

由于每種壓裂液的合成和理化性質(zhì)不同，需要添加一些添加劑。例如，常用的交聯(lián)劑主要是有機(jī)硼、硼砂和無(wú)機(jī)二氧化鈦。殺菌劑多為甲醛，降濾失劑為液氮或柴油，化學(xué)藥劑為硫酸銨，充分利用氯化鉀代替泥漿等化學(xué)物質(zhì)，用濃度約為2%的石灰鈉除去后運(yùn)到井內(nèi)。應(yīng)選用何種外加劑，這是由于地下儲(chǔ)層的要求和工藝條件所造成的，嚴(yán)重影響了壓裂澆筑的施工效果。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，針對(duì)多項(xiàng)斷裂壓后逆向壓液排水開(kāi)采工藝等而成所具有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、安全性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)問(wèn)題進(jìn)行了深入而有系統(tǒng)的技術(shù)研究和應(yīng)用分析。通過(guò)結(jié)合我國(guó)油田之中的一些關(guān)鍵問(wèn)題特點(diǎn)進(jìn)行具體實(shí)施對(duì)策分析，形成了有效改善油田低孔、高滲和低壓的關(guān)鍵問(wèn)題，有效解決油田環(huán)境污染的主要實(shí)施對(duì)策，油田勘探加工井段的廢氣壓裂技術(shù)工藝設(shè)備加快技術(shù)生產(chǎn)則使得工藝效率有所提升，事故率的發(fā)生率約平均為0，工藝成功的生產(chǎn)比重甚至可以直接達(dá)到滿(mǎn)點(diǎn)，從而為油田施工工程帶來(lái)了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。