低滲透油田壓裂技術及發展趨勢探討

程玉銀

（大慶采油七廠敖包塔作業區地質隊，黑龍江 大慶 163517）

前言

目前，世界范圍內低滲透油田資源十分豐富，分布非常廣泛。隨著能源需求的日益增加和勘探技術的不斷發展，低滲透油田所起的作用、所占的比重將越來越大。

低滲透油田最基本的特點就是流體滲透能力差、產能低，一般需要進行增產改造才能維持正常生產。儲層改造可以解除、弱化鉆井、完井及生產作業造成的傷害，但改造措施本身也可能造成儲層傷害。如何減小儲層傷害，提高低滲透油田開發效果，是增產改造技術的重要發展方向。

1 壓裂的概念

所謂壓裂就是利用水力作用，使油層形成裂縫的一種方法，又稱油層水力壓裂。油層壓裂工藝過程是用壓裂車，把高壓大排量具有一定粘度的液體擠入油層，當把油層壓出許多裂縫后，加入支撐劑（如石英砂等）充填進裂縫，提高油層的滲透能力，以增加注水量（注水井）或產油量（油井）。常用的壓裂液有水基壓裂液、油基壓裂液、乳狀壓裂液、泡沫壓裂液及酸基壓裂液5種基本類型。

2 壓裂改造技術分析

壓裂改造技術是低滲透油田試油配套技術的核心組成部分，也是提高單井產量和增加可采儲量的關鍵技術，在低滲、特低滲油田的開發中具有極其重要地位。

2.1 開發壓裂技術

低滲透油藏開發壓裂技術是在整體優化壓裂基礎上進一步拓展形成的。它以油藏工程與水力壓裂力學為基礎，以油藏數值模擬與壓裂裂縫模擬為基本手段，針對油藏特征進行地質建模與水力裂縫建模，在開發方案編制初期就考慮就地應力方位與水力裂縫的匹配關系，優化組合開發井網與水力裂縫系統，提出低滲透油田獲得最佳開發效果的井網部署、水力裂縫系統設置及實現水力壓裂的實施方案。開發壓裂技術集成了近期國內外水力壓裂與油藏工程發展的重要研究成果，為低滲透油藏的儲量動用與經濟高效開發提供了新的途徑和手段。

2.2 整體優化壓裂技術

低滲透油藏整體優化壓裂技術是在單井優化壓裂設計技術的基礎上，融合系統工程及最優化理論而提出的。它把整個油藏（區塊）作為一個研究單元，以其獲得最佳的開發效果為目標，在對油藏各參數進行覆蓋研究的基礎上，考慮既定井網條件下不同裂縫長度、導流能力對油井產量、油藏開發動態、采收率和經濟效益的影響，從中優化出最佳的裂縫尺寸和導流能力，并進行現場實施與評估研究，以不斷完善整體優化壓裂方案。整體優化壓裂技術研究的內容包括：室內試驗、裂縫模擬、油藏數值模擬、試井分析、現場測試、質量控制和現場實施與監測等。

目前，整體優化壓裂技術已成為低滲透油田一項比較成熟的壓裂工藝技術，在國內外油田得到推廣應用。

2.3 低傷害壓裂技術

低傷害壓裂技術是近年來隨低傷害或無傷害壓裂材料的發展而建立起來的壓裂工藝集成技術，在低滲透油田的增產改造中應用非常廣泛。低傷害壓裂技術的實質就是從壓裂設計、壓裂施工，到壓后管理等各環節，采取措施最大限度地減小支撐裂縫、儲層的傷害，獲得最優化的支撐縫長和裂縫導流能力。它的核心內容是低傷害或無傷害的壓裂材料、壓裂液體系的開發。其技術要點有：(1)儲層傷害和裂縫傷害的定量模擬和實驗技術；(2)低傷害或無傷害壓裂液技術，如低稠化劑濃度壓裂液、低分子量壓裂液、清潔壓裂液、CO2泡沫壓裂液等；(3)工藝優化技術，如支撐劑分布優化技術（如前置液量優化、頂替液量優化、壓后返排策略優化等）、壓裂液分段破膠優化技術等。目前應用較為成熟的低傷害壓裂技術有：液氮助排壓裂技術；清潔壓裂液壓裂技術；CO2泡沫壓裂技術；清水壓裂技術；低稠化劑濃度壓裂技術等。

2.4 重復壓裂技術

水力壓裂技術是低滲透油藏改造的主要措施，但經過水力壓裂后的油氣井，在生產過程中由于種種原因可能導致水力裂縫失效。對這類油井很自然就會采取重復壓裂措施以保證油藏穩產增產、提高油田采收率。國內外常用的重復壓裂技術有：(1)疏通、延伸原有裂縫。采用加大壓裂規模繼續延伸原有裂縫，或者提高砂量以增加裂縫導流能力。這是目前最通常的重復壓裂概念。為了獲得較長的增產有效期，必須優化設計重復壓裂規模（液量、砂量）。(2)堵老縫壓新縫。采用一種封堵劑有選擇性地進入并有效封堵原有壓裂裂縫和射孔孔眼，再在新孔眼中進行壓裂開新縫或部分封堵老裂縫，在老裂縫縫面再開新裂縫，從而為側向油儲量提供通道。重復壓裂技術經過50多年的發展，在儲層評估、選井選層新技術、壓裂液、壓裂井動態預測、重復壓裂裂縫轉向機理、重復壓裂優化設計與工藝技術研究、裂縫診斷與效果評價等方面均取得了飛速的發展。特別是最近二十年來，隨著壓裂技術的不斷發展，重復壓裂技術在選井選層、裂縫轉向、定向射孔、轉向條件下的油藏模擬技術方面有了進一步的完善和發展，重復壓裂的單項技術有了很大進展，已成為老油田綜合治理、控水穩油的關鍵改造技術。

2.5 高能氣體壓裂技術

高能氣體壓裂通過推進劑爆燃或化學燃燒，產生高速、高壓氣體脈沖，由炮眼作用于地層巖石上，壓開多條不受地應力控制的輻射狀徑向裂縫。高能氣體壓裂不僅穿透近井地帶污染區，使油層導流能力大大提高，而且增加了溝通天然裂縫的機會。另外，高能氣體壓裂產生的壓力高于靜態破裂壓力，超出巖層的屈服極限而產生一些不可恢復的塑性變形，這種塑性變形使裂縫在閉合后能保持一定的殘余縫寬。同時，高能氣體壓裂破壞裂縫表面的晶粒結構，形成部分巖石碎屑，這些碎屑在裂縫中起到支撐作用。高能氣體壓裂過程中火藥燃燒釋放出大量的熱能將井內液體汽化，通過炮眼將熱量傳遞給地層，使其溫度升高，有效地清除井筒附近結蠟及瀝青膠質堵塞。同時，高能氣體壓裂動態過程中，壓力變化是脈沖式的逐漸衰減過程，在井筒附近形成較強的水力沖擊波，對油層的機械雜質堵塞起到一定的解堵作用。因此，通過高能氣體壓裂，可提高低滲透油層的導流能力，解除近井地帶污染，達到增產、增注的目的。高能氣體壓裂技術無需大型壓裂設備、壓裂液及支撐劑，具有施工作業方便快速、對地層傷害小（甚至無傷害）、作業費用低等優點，適用于：天然裂縫發育的油層；污染或堵塞嚴重的油層；堅硬致密的油層；水敏、酸敏及碳酸鹽巖油層；其他增產措施的預處理及綜合壓裂；有些井隔層太薄，擔心水力壓裂壓竄，可采用高能氣體壓裂。高能氣體壓裂技術在低滲透油藏增產改造中發揮出一定的作用，但由于壓裂作業時峰值壓力高，易造成套管損壞等問題，目前大規模推廣應用受到限制。

3 壓裂技術的發展趨勢

目前，世界上應用比較多、比較先進的壓裂工藝有重復壓裂、分層壓裂、復合壓裂和二氧化碳泡沫壓裂。 近10來年，各國油田對水平井壓裂技術在投入了很大研發精力后取得了進展，壓裂技術向水平井發展是一個趨勢，而水平井壓裂對軟件的設計要求則更為精確。

根據各個油層地質性質和力學性質的不同，應用Notel-Smith曲線形成壓裂壓力解釋的模式，就可以對多層的壓裂描述得更準確，建立起全三維模型。有了這樣一個更復雜、更精確的工具軟件，就可以對壓裂難度很大的井，特別是水平井進行壓裂設計優化，能更好地指導壓裂施工，并提高壓裂成功率。

壓裂不僅僅是提高產量的技術手段，它還是提高石油采收率的一個重要措施。世界上很多油田從開發設計時，將壓裂作為一種更好的油田開發和采油手段。壓裂技術正在逐步使油田開發走向一個新的階段。

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