壓裂作業(yè)中的油層保護(hù)技術(shù)基本思路

油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中保護(hù)油氣層技術(shù)的基本思路實(shí)質(zhì)上是保護(hù)油氣層系列技術(shù)的具體化。值得強(qiáng)調(diào)的是油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中的油氣層損害發(fā)生在油氣田深部。更具疊加性、復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性。因此，它的保護(hù)技術(shù)的基本思路要把著眼點(diǎn)放在“動(dòng)態(tài)”上，即重新認(rèn)識(shí)油氣層的現(xiàn)狀是該技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)。

油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中的油氣層保護(hù)技術(shù)已愈來(lái)愈被人們重視，這主要是由于我國(guó)的油氣田大都處于油田開(kāi)采中、后期，油田作業(yè)的頻率比開(kāi)采初期明顯增高，顯然，控制各作業(yè)環(huán)節(jié)對(duì)油氣層的損害，實(shí)施油氣層保護(hù)系列技術(shù)，必然是提高作業(yè)效率的有效途徑之一。同時(shí)，石油工業(yè)正面向復(fù)雜油氣藏、特殊油氣藏的挑戰(zhàn)，這勢(shì)必面臨著投入更多的成本，獲得較少產(chǎn)出的難題。

油氣層保護(hù)技術(shù)本身就是一種保護(hù)資源的系統(tǒng)工程，是“增儲(chǔ)上產(chǎn)”的重要措施之一。因此，必須進(jìn)行油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中的油氣層保護(hù)工作。

此外，目前生產(chǎn)實(shí)際也急待油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中的保護(hù)技術(shù)盡快實(shí)現(xiàn)系列化、實(shí)用化。例如，目前，不少大油田開(kāi)采進(jìn)入中、后期，發(fā)現(xiàn)地層堵塞嚴(yán)重，有的注水時(shí)，使用大功率、大排量，吸水指數(shù)不但不增加，反而愈來(lái)愈注不進(jìn)地層。

目前，對(duì)油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中保護(hù)油氣層的緊迫性、重要性還遠(yuǎn)未形成共識(shí)。因此，實(shí)施油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中油氣層保護(hù)技術(shù)，首先要統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，站在戰(zhàn)略的高度認(rèn)識(shí)其重要性和緊迫性，各級(jí)技術(shù)決策人、技術(shù)監(jiān)督人和工程技術(shù)人員，上下齊心，共同努力，將它作為一項(xiàng)技術(shù)政策來(lái)實(shí)施，才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)油氣層。

壓裂作業(yè)中產(chǎn)生的油氣層損害包括兩個(gè)方面：壓裂液與地層巖石和流體不配伍產(chǎn)生的對(duì)地層的損害；不良的壓裂液添加劑、支撐劑對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害。

1．粘土礦物膨脹和顆粒運(yùn)移引起的損害

粘土礦物與水基壓裂液接觸，立即膨脹，使得儲(chǔ)、滲空間減小。松散粘附于孔道壁面的粘土顆粒與壓裂液接觸時(shí)分散、剝落、隨壓裂濾液進(jìn)入油氣層或沿裂縫運(yùn)動(dòng)，在孔喉處被卡住，形成橋堵，引起損害。使用以水為基液的壓裂液時(shí)，水敏、速敏反應(yīng)是常常發(fā)生的損害方式。

2.機(jī)械雜質(zhì)引起的堵塞損害

壓裂過(guò)程中，機(jī)械雜質(zhì)堵塞孔隙和裂縫通道，縮小儲(chǔ)、滲空間，降低相對(duì)滲透率是重要的損害方式。機(jī)械雜質(zhì)包括四個(gè)方面的來(lái)源：

（1）壓裂液基液攜帶的不溶物；

（2）成膠物質(zhì)攜帶的固相微粒；

（3）降濾失劑或支撐劑攜帶的固相微粒；

（4）油氣層巖石因壓裂液浸泡，沖刷作用而脫落下來(lái)的微粒。它們被統(tǒng)稱為壓裂殘?jiān)?。大顆粒的殘?jiān)趲r石表面形成濾餅，可以降低壓裂液的濾失，并阻止大顆粒繼續(xù)流入油氣層深部。而較小顆粒的殘?jiān)鼊t穿過(guò)濾餅隨壓裂液進(jìn)入油氣層深部，堵塞孔喉及孔隙?？p壁上的殘?jiān)S壓裂液的注入，沿支撐縫移動(dòng)，壓裂結(jié)束后，這些殘?jiān)盗鳎氯钌傲芽p，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，嚴(yán)重時(shí)使填砂裂縫完全堵塞，致使壓裂失敗。

3．原油引起的乳化損害

原油與水基壓裂液相遇，發(fā)生乳化損害。被壓裂的油氣層中的原油常含有天然乳化劑如膠質(zhì)、瀝青、蠟等，壓裂時(shí)壓裂液的流動(dòng)具有攪拌作用，在油氣層孔隙中形成油水乳化液。原油中的天然乳化劑附著在水滴上形成保護(hù)膜，使乳化液滴具有一定的穩(wěn)定性。這些乳化液滴在毛管、喉道中產(chǎn)生賈敏效應(yīng)，增加了流體流動(dòng)阻力，液阻效應(yīng)有時(shí)會(huì)疊加產(chǎn)生，有時(shí)會(huì)聚集造成更嚴(yán)重的液堵。

4．支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害

一般，支撐劑要滿足：（1）密度低；（2）粒徑均勻；（3）強(qiáng)度高；（4）圓球度好。若支撐劑選擇不當(dāng)，必然造成損害。例如，支撐劑粒徑分布過(guò)大，造成小顆粒支撐劑運(yùn)移堵塞裂縫。若強(qiáng)度過(guò)高，例如，支撐劑的硬度大于巖石硬度時(shí)，支撐劑顆粒將嵌入到巖石中；反之若支撐劑強(qiáng)度過(guò)低，會(huì)被壓碎，形成許多微粒、雜質(zhì)，它們運(yùn)移堵塞孔隙、縫隙，卻不能支撐裂縫，造成裂縫失去導(dǎo)流能力。

壓裂工藝本身還會(huì)帶來(lái)“冷卻效應(yīng)”，油氣層中的瀝青、蠟等析出，形成有機(jī)垢，堵塞地層。水鎖現(xiàn)象也相伴發(fā)生，這種損害與注水、采油等引起油氣層溫度降低、水鎖等損害方式相同。

上述損害因素，前三者是被壓裂的油氣層巖性和流體所固有的客觀因素，一旦壓裂液進(jìn)入油氣層，就會(huì)誘發(fā)這些損害發(fā)生，而選擇理想的支撐劑、優(yōu)良的壓裂液和添加劑，避免支撐劑層導(dǎo)流能力的損害，是可以人為控制的。

1、選擇與油氣層巖石和流體配伍的壓裂液

根據(jù)被壓裂的油氣層的特點(diǎn)，有針對(duì)性地選用壓裂液，下表列舉幾例說(shuō)明。

2、選擇合理的添加劑

對(duì)不同的壓裂要求，采用適當(dāng)?shù)奶砑觿ㄈ缦卤恚?

添加劑性能舉例表

在使用添加劑時(shí)，應(yīng)考慮兩點(diǎn)：

（1）添加劑之間不發(fā)生沉淀反應(yīng)，以避免生成新的沉淀垢堵塞孔喉和裂縫；

（2）成本合理。

3、合理選擇支撐劑

支撐劑的要求：（1）粒徑均勻；（2）強(qiáng)度高；（3）雜質(zhì)含量少；（4）圓球度好。

對(duì)于淺層，因閉合壓力不大，使用砂子作支撐劑是行之有效的。在油氣層條件下用實(shí)驗(yàn)方法確定滿足壓裂效果的粒徑及濃度。深度增加隨之閉合壓力也增加，砂子強(qiáng)度逐漸不能適應(yīng)。研究表明，在高閉合壓力下，粒徑小的比粒徑大的砂子有較高導(dǎo)流能力，單位面積上濃度高比濃度低的有較高的導(dǎo)流能力。因此，可采用較小粒徑的砂子，多層排列以適應(yīng)較高閉合壓力的油氣層壓裂。對(duì)于更高閉合壓力的油氣層，只有采用高強(qiáng)度支撐劑，例如使用陶粒。近年發(fā)展的超級(jí)砂，它是在砂子或其它固體顆粒外涂上（或包上）一層塑料，這是一種熱固性材料，在油氣層溫度下固化。這種支撐劑雖在高閉合壓力下會(huì)破碎，但能防止破碎后所產(chǎn)生的微粒的移動(dòng)，仍能保持一定的導(dǎo)流能力。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，陶粒作為支撐劑無(wú)論就幾何形狀（圓度、球度）或強(qiáng)度都比較理想，而且耐高溫（可達(dá)200℃）抗化學(xué)作用性能好，用于油氣層壓裂措施可大大減少由于支撐劑性能不好所帶來(lái)的油氣層及支撐裂縫的損害。 2100433B

任何壓裂設(shè)計(jì)方案都必須依靠適當(dāng)?shù)膲毫压に嚰夹g(shù)來(lái)實(shí)施和保證。壓裂技術(shù)主要用于油氣層受污染或者堵塞較大的井以及注不進(jìn)去水或注水未見(jiàn)效的井。對(duì)于不同特點(diǎn)的油氣層，必須采取與之適應(yīng)的工藝技術(shù)，才能保證壓裂設(shè)計(jì)的順利執(zhí)行，取得良好的增產(chǎn)效果。壓裂工藝技術(shù)種類很多，主要有以下幾種。

壓裂封隔器分層壓裂

我國(guó)有很多多層油氣田，通常要進(jìn)行分層壓裂。封隔器分層壓裂是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的一種壓裂工藝技術(shù)，但作業(yè)復(fù)雜、成本高。根據(jù)所選用的封隔器和管柱不同，有以下四種類型。

1) 單封隔器分層壓裂 用于對(duì)最下面一層進(jìn)行壓裂，適于各種類型油氣層，特別是深井和大型壓裂。

2) 雙封隔器分層壓裂 可對(duì)射開(kāi)的油氣井中的任意一層進(jìn)行壓裂。

3) 橋塞封隔器分層壓裂。

4) 滑套封隔器分層壓裂

國(guó)內(nèi)采用噴砂器帶滑套施工管柱，采用投球憋壓方法打開(kāi)滑套。該壓裂方式可以不動(dòng)管柱、不壓井、不放噴一次施工分壓多層，對(duì)多層進(jìn)行逐層壓裂和求產(chǎn)。

壓裂限流法分層壓裂

用于欲壓開(kāi)多層而各層破裂壓力有差別的油井。通過(guò)控制各層射孔孔眼數(shù)量和直徑，并盡可能提高注入排量，利用先壓開(kāi)層孔眼摩阻提高井底壓力而達(dá)到一次分壓多層的目的。

有A、B和C三個(gè)油層，相應(yīng)的破裂壓力分別為24，20和22MPa 按射孔方案射開(kāi)各自的孔眼。當(dāng)注入井底壓力為20 MPa時(shí)，B層壓開(kāi)；然后提高排量，因孔眼摩阻正比于排量，B層孔眼摩阻達(dá)到2 MPa時(shí)的注入井底壓力為22 MPa，即C層被壓開(kāi)；繼續(xù)提高排量，B層孔眼摩阻達(dá)到4MPa時(shí)的井底注入壓力為24 MPa，A層被壓開(kāi)。射孔孔眼的作用類似于井下節(jié)流器，隨排量增加，井底壓力不斷提高，從而逐層壓開(kāi)。

限流法分層壓裂的關(guān)鍵在于必須按照壓裂的要求設(shè)計(jì)合理的射孔方案，包括射孔孔眼、孔密和孔徑，使完井和壓裂構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

壓裂蠟球選擇性壓裂

另外，在油田開(kāi)發(fā)層系劃分中，有的雖同屬一個(gè)開(kāi)發(fā)層系，但油層非均質(zhì)特性強(qiáng)，存在層內(nèi)分層現(xiàn)象，這通常稱為選擇性壓裂。

蠟球選擇性壓裂在壓裂液中加入油溶性蠟球暫堵劑，壓裂液將優(yōu)先進(jìn)入高滲層內(nèi)，蠟球沉積而封堵高滲層，從而壓開(kāi)低滲層。油井投產(chǎn)后，原油將蠟球逐漸溶解而解除堵塞。若高滲層為高含水層，堵球不解封有助于降低油井含水率。

壓裂堵塞球選擇壓裂

將井內(nèi)欲壓層段一次射開(kāi)，首先壓開(kāi)低破裂壓力層段后加砂，然后注入帶堵塞球的頂替液暫堵該層段；再提高泵壓壓開(kāi)具有稍高破裂壓力的地層，根據(jù)需要注入頂替液后結(jié)束施工或者繼續(xù)注入帶堵塞球的頂替液暫堵該層段一邊壓裂另外層段。從而改善產(chǎn)油吸水剖面。

壓裂控縫高壓裂技術(shù)

當(dāng)油氣層很薄或者產(chǎn)層與遮擋層間最小水平主壓力差較小，壓開(kāi)的裂縫高度很容易進(jìn)入遮擋層，此時(shí)需要控制裂縫高度延伸?？梢酝ㄟ^(guò)控制壓裂液性能參數(shù)和施工排量來(lái)實(shí)現(xiàn)，更可靠的是人工隔層控縫高壓裂技術(shù)。

基本原理是在前置液中加入上浮式或下沉式導(dǎo)向劑，通過(guò)前置液將其帶入裂縫，浮式導(dǎo)向劑和沉式導(dǎo)向劑分別上浮和下沉聚集在人工裂縫頂部和底部，形成壓實(shí)的低滲透人工隔層，阻止裂縫中壓力向上/向下傳播，達(dá)到控縫高的目的。為了使兩種導(dǎo)向劑能上浮和下沉，一般在注入攜有導(dǎo)向劑的液體后短期停泵，然后進(jìn)行正常的壓裂作業(yè)。

人工隔層控縫高技術(shù)主要用于

1) 生產(chǎn)層與非生產(chǎn)層互層的塊狀均質(zhì)地層；

2) 生產(chǎn)層與氣、水層間無(wú)良好隔層；

3) 生產(chǎn)層與遮擋層應(yīng)力差不能有效控制裂縫垂向延伸。

壓裂測(cè)試壓裂技術(shù)

測(cè)試壓裂也稱為小型試驗(yàn)壓裂，它是進(jìn)行一次小規(guī)模壓裂并分析壓裂壓力獲得裂縫有關(guān)參數(shù)。包括裂縫延伸壓力測(cè)試、裂縫閉合壓力測(cè)試、微注入測(cè)試等。

壓裂液是壓裂工藝技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。主要功能是造縫并沿張開(kāi)的裂縫輸送支撐劑，因此液體的粘性至關(guān)重要。成功的壓裂作業(yè)要求液體除在裂縫中具有較高的粘度外，還要能夠迅速破膠；作業(yè)后能夠迅速返排；能夠很好地控制液體濾失；泵送期間摩阻較低；同時(shí)還要經(jīng)濟(jì)可行。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。

壓裂水基壓裂液

水基壓裂液是以水作溶劑或分散介質(zhì)，向其中加入稠化劑、添加劑配制而成的。主要采用三種水溶性聚合物作為稠化劑，即植物膠(瓜膠、田菁、魔芋等)、纖維素衍生物及合成聚合物。這幾種高分子聚合物在水中溶脹成溶膠，交聯(lián)后形成粘度極高的凍膠。具有粘度高、懸砂能力強(qiáng)、濾失低、摩阻低等優(yōu)點(diǎn)。

壓裂油基壓裂液

油基壓裂液是以油作為溶劑或分散介質(zhì)，與各種添加劑配制成的壓裂液。重油最初用作油基壓裂液，是因?yàn)樗鼈儽人簩?duì)含油氣地層的傷害小，油基液本身固有的粘度也使其比水更具吸引力。但是油基液較貴，而且施工操作較難處理，所以僅用于已知是對(duì)水極為敏感的地層中。

壓裂泡沫壓裂液

泡沫壓裂液是由氣相、液相、表面活性劑和其他化學(xué)添加劑組成。泡沫壓裂液是一種穩(wěn)定的氣液混合物，用表面活性劑可使這種混合物達(dá)到穩(wěn)定。降低了表面張力。當(dāng)液體從作業(yè)井中返排時(shí)，泡沫中的承壓氣體（氮或二氧化碳）膨脹將液體從裂縫中驅(qū)出。泡沫加速了支撐裂縫中液體的回收率，因此是一種用于低壓儲(chǔ)層中的理想液體。由于體積氣體的泡沫含量高達(dá)95%，所以液相最小。在水基液中，充滿泡沫的液體極大地減少了與地層接觸的液量，因此在水敏地層中泡沫液的效果良好。

壓裂清潔壓裂液

清潔壓裂液又稱為粘彈性表面活性劑壓裂液，是一種基于粘彈性表面活性劑的溶液。它是為了解決常規(guī)壓裂液在返排過(guò)程中由于破膠不徹底對(duì)油氣藏滲透率造成了很大傷害的問(wèn)題開(kāi)發(fā)研制的一種新型壓裂液體系。清潔壓裂液具有良好的流變性能、濾失性能、低損害與高導(dǎo)流能力特性。同時(shí)，該清潔壓裂液配制簡(jiǎn)便，將適量的VES加在鹽水中，不需要使用交聯(lián)劑、破膠劑和其它添加劑，不存在殘?jiān)?，?duì)儲(chǔ)層傷害小，應(yīng)用前景廣闊。

壓裂乳狀壓裂液

乳化壓裂液是兩種不融合相的分散體系，如用表面活性劑穩(wěn)定的水中油或油中水。乳化壓裂液是高度粘稠溶液，具有良好的傳輸性。 乳化液常因乳化劑吸附在地層巖石表面上而破乳。由于聚合物用量極少，這類液體對(duì)地層傷害較小，而且可快速清洗。聚乳化液的不足是摩擦壓力較高，而且液體的費(fèi)用較高（除非碳?xì)浠衔锟苫厥眨?。此外隨著溫度的升高，聚乳化液明顯地變得稀薄，故不宜用于高溫井中。

《石油名詞》第一版。 2100433B