水平井水力壓裂機(jī)理在改造低滲儲(chǔ)層中的應(yīng)用

王志杰

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)常規(guī)油氣資源開(kāi)采已達(dá)到瓶頸，為了保證油氣資源開(kāi)采的質(zhì)量和數(shù)量，務(wù)必要致力于研究低滲以及超低滲油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程。在對(duì)低滲、超低滲油田開(kāi)采時(shí)采用水平井水力壓裂技術(shù)，能夠使儲(chǔ)層流體的流動(dòng)性發(fā)生變化，增加泄油面積，從而保證油氣資源開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。在選擇壓裂手段時(shí)，要結(jié)合實(shí)際的地理狀況，深入分析地質(zhì)特點(diǎn)、油層性質(zhì)，這樣才能對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行科學(xué)合理的開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：水平井;水力壓裂機(jī)理;低滲儲(chǔ)層

在石油行業(yè)持續(xù)發(fā)展的今天，越來(lái)越多的人開(kāi)始把視線投入到低滲透、超低滲透等難以開(kāi)采的油氣能源的開(kāi)發(fā)和利用上。這種油氣資源油層構(gòu)造緊密，液體流動(dòng)性差，所以要借助壓裂技術(shù)使儲(chǔ)層液體的流動(dòng)性增加。水力壓裂在開(kāi)采低滲、超低滲油田的過(guò)程中具有重要作用，要深入分析探索水力壓裂機(jī)理，才能更好的保證開(kāi)采油田。另外，在科技水平飛速提高的背景下，一些新型壓裂技術(shù)在石油開(kāi)采過(guò)程中運(yùn)用的頻率越來(lái)越高。

一、水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理

1.1壓裂原理

水力壓裂是指通過(guò)增加水的壓力，使得油層產(chǎn)生縫隙，能夠和油氣存儲(chǔ)部位接連，進(jìn)而增加儲(chǔ)層的泄油半徑，保證石油開(kāi)采的數(shù)量。

水力壓裂原理：利用地表高壓泵組，通過(guò)井筒把排量大、粘性大的液體輸入到地層內(nèi)部，使得井底的儲(chǔ)層承受很大的壓力，隨著壓力的增加促使儲(chǔ)層的巖石產(chǎn)生裂縫。然后持續(xù)注入高壓、高速的攜砂液，促使縫隙增大，壓裂結(jié)束后，產(chǎn)生了豐富的允許油氣資源流動(dòng)的縫隙網(wǎng)絡(luò)，支撐劑可以使縫網(wǎng)保持原樣，油氣資源可以從縫隙進(jìn)入井中，進(jìn)而可以提高產(chǎn)量。

1.2增產(chǎn)機(jī)理

（1）使流體狀態(tài)變化：沒(méi)有壓裂前，儲(chǔ)層液體的流動(dòng)是徑向，經(jīng)過(guò)壓裂，產(chǎn)生豐富的縫隙網(wǎng)絡(luò)，液體可以雙線性流動(dòng)，更容易流入井中。

（2）連接油氣存儲(chǔ)部位：低滲、超低滲油層各部分的滲透性不同，井底和一些油氣密集部位不能有效的連接，利用壓裂打造的人工縫隙，能夠?qū)崿F(xiàn)油氣密集地帶和井筒的連接，這樣便增加了單井產(chǎn)油地層，增加石油開(kāi)采量。

（3）避免井底周邊的土壤發(fā)生污染。

二、常見(jiàn)的幾種水力壓裂技術(shù)

2.1限流法壓裂

20世紀(jì)80年代，國(guó)外利用限流法來(lái)進(jìn)行油井壓裂，把已經(jīng)開(kāi)采過(guò)的油井中未被發(fā)掘的油氣資源開(kāi)采了出來(lái)，使得油田的產(chǎn)量大大增加，促進(jìn)石油產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。我國(guó)對(duì)于水平井限流法壓裂技術(shù)的使用是從大慶油田外圍開(kāi)始的，在20世紀(jì)90年到目前，利用限流法壓裂技術(shù)成功改造了十幾口油井的薄差層，取得一定的成效。

限流法壓裂技術(shù)原理：對(duì)炮眼數(shù)量以及半徑大小嚴(yán)格把握，最大限度的提高排量，通過(guò)炮眼摩阻來(lái)增加井底壓力，使得壓裂液流動(dòng)性改變，破裂壓力相似的油層都可以裂開(kāi)，一次加砂就可以改造多個(gè)儲(chǔ)層。

在開(kāi)采低滲透油氣田過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)很多薄差層，此類油層的破裂壓力大多一致，通過(guò)機(jī)械分隔不容易開(kāi)采，而使用限流法壓裂技術(shù)可以使多個(gè)儲(chǔ)層同時(shí)裂開(kāi)，降低了壓裂費(fèi)用，該工藝在低滲透薄差油層的開(kāi)發(fā)中具有重要的作用。

2.2分段壓裂技術(shù)

分段壓裂是指在水平井井筒結(jié)構(gòu)中，即完井套管中接入封隔器和壓裂滑套，按照設(shè)計(jì)規(guī)則把油氣儲(chǔ)層劃分為幾個(gè)部分，通過(guò)開(kāi)關(guān)滑套按順序進(jìn)行壓裂，使得油層的滲透性、流動(dòng)性和生產(chǎn)量顯著提高。分段壓裂技術(shù)優(yōu)點(diǎn)很多，比如具有很好的針對(duì)性、容易操控、壓裂效果好等。經(jīng)常運(yùn)用的類型有：水平井套管限流壓裂、機(jī)械封隔分段壓裂技術(shù)、水力噴砂壓裂技術(shù)等。

21世紀(jì)，中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司在鄂爾多斯盆地南部地區(qū)開(kāi)展了水平井分段壓裂測(cè)試，首個(gè)測(cè)試井在壓裂后達(dá)到29.0噸的日產(chǎn)量，開(kāi)采量飛躍提升。截止現(xiàn)在，壓裂水平井大概有500個(gè)，單井分段壓裂最高值為19段，每日生產(chǎn)最大有128.5噸。

2.3水力噴射壓裂技術(shù)

水力噴射壓裂技術(shù)要借助高壓力、流速快的液體進(jìn)行，射孔液攜帶支撐劑射穿地層，使得儲(chǔ)層中產(chǎn)生縫隙，連接井筒和油層，增加液體流動(dòng)性。

根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)：低滲、自然縫隙很多，可利用水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)，其特點(diǎn)是：射孔多，環(huán)空加砂，封閉。使得以往水力噴射壓裂技術(shù)噴嘴使用時(shí)間短、加砂量不多、裂縫少等問(wèn)題得以有效改善。此項(xiàng)技術(shù)的原理是：通過(guò)雙級(jí)噴射器實(shí)施射孔，接著進(jìn)行環(huán)空加砂，把液體輸入地層，減少了反濺危害和噴嘴破損，增加了壓裂管柱工作效率。實(shí)踐研究顯示，此方法可以保證低滲、超低滲儲(chǔ)層得以有效的開(kāi)采。

2.4選擇性壓裂技術(shù)

針對(duì)油層中各個(gè)層位以及各油層間液體吸收能力不一樣這一特性，在縫隙中注入暫堵劑，使其封閉，保證壓裂液可以分流，能夠使其它部位產(chǎn)生新縫隙，實(shí)現(xiàn)選擇性壓裂。

三、新型壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)在油氣資源的開(kāi)發(fā)中具有重要的地位，尤其在低滲、超低滲等難以開(kāi)發(fā)的油層中作用顯著。但是，水力壓裂也存在很多弊端。水力壓裂技術(shù)容易造成環(huán)境污染，構(gòu)成地震隱患。

3.1超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)

超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)在開(kāi)采低滲、超低滲透油層時(shí)具有很大的價(jià)值。超臨界二氧化碳的特性如下：密度值接近水;粘性很小;表面張力接近0;沒(méi)有固液狀態(tài);零污染、零傷害。另外，CO2在地層里可以產(chǎn)生CO2泡沫，易溶于水，產(chǎn)生酸性物質(zhì)，可以溶蝕儲(chǔ)層。

3.2高能氣體壓裂技術(shù)

炸藥和火藥在燃燒時(shí)能夠生成溫度高且壓力大的氣體，可以利用這一特性開(kāi)采石油，在井筒周?chē)伤俣瓤臁鈮捍蟮臍饬鳎軌蚴箮r石產(chǎn)生裂縫，裂縫可以把井筒和儲(chǔ)層連接起來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量增加的目標(biāo)。但是有一定的缺點(diǎn)，產(chǎn)生的縫隙很短，其次是爆炸的能量不易操控，容易造成井筒損傷或發(fā)生危險(xiǎn)。

總結(jié)：水力壓裂技術(shù)能夠改變儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，可以帶來(lái)很好的開(kāi)發(fā)效果，被廣泛應(yīng)用于油氣開(kāi)采中。在使用壓裂技術(shù)前要注意仔細(xì)研究地層性質(zhì)，采取最有效的水力壓裂技術(shù)，確保能夠高質(zhì)高效的開(kāi)發(fā)石油資源。此外，新型壓裂工藝的價(jià)值日益突出，在今后將得到大力推廣和使用。

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