壓裂作業(yè)中的油層保護(hù)技術(shù)壓裂作業(yè)中保護(hù)油氣層技術(shù)

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)，有針對性地選用壓裂液，下表列舉幾例說明。

2、選擇合理的添加劑

對不同的壓裂要求，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，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破碎，但能防止破碎后所產(chǎn)生的微粒的移動，仍能保持一定的導(dǎo)流能力。

現(xiàn)場應(yīng)用表明，陶粒作為支撐劑無論就幾何形狀（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的油氣層及支撐裂縫的損害。 2100433B

壓裂作業(yè)中產(chǎn)生的油氣層損害包括兩個方面：壓裂液與地層巖石和流體不配伍產(chǎn)生的對地層的損害；不良的壓裂液添加劑、支撐劑對支撐裂縫導(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、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分散、剝落、隨壓裂濾液進(jìn)入油氣層或沿裂縫運(yùn)動，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，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

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

（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的微粒。它們被統(tǒng)稱為壓裂殘?jiān)４箢w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，壓裂結(jié)束后，這些殘?jiān)盗?，堵塞填砂裂縫，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，嚴(yán)重時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，壓裂時壓裂液的流動具有攪拌作用，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)，增加了流體流動阻力，液阻效應(yīng)有時會疊加產(chǎn)生，有時會聚集造成更嚴(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，支撐劑粒徑分布過大，造成小顆粒支撐劑運(yùn)移堵塞裂縫。若強(qiáng)度過高，例如，支撐劑的硬度大于巖石硬度時，支撐劑顆粒將嵌入到巖石中；反之若支撐劑強(qiáng)度過低，會被壓碎，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。

壓裂工藝本身還會帶來“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。

油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的油氣層保護(hù)技術(shù)已愈來愈被人們重視，這主要是由于我國的油氣田大都處于油田開采中、后期，油田作業(yè)的頻率比開采初期明顯增高，顯然，控制各作業(yè)環(huán)節(jié)對油氣層的損害，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，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“增儲上產(chǎn)”的重要措施之一。因此，必須進(jìn)行油氣田開發(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，不少大油田開采進(jìn)入中、后期，發(fā)現(xiàn)地層堵塞嚴(yán)重，有的注水時，使用大功率、大排量，吸水指數(shù)不但不增加，反而愈來愈注不進(jìn)地層。

目前，對油氣田開發(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。因此，實(shí)施油氣田開發(fā)生產(chǎn)中油氣層保護(hù)技術(shù)，首先要統(tǒng)一認(rèn)識，站在戰(zhàn)略的高度認(rèn)識其重要性和緊迫性，各級技術(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)政策來實(shí)施，才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)油氣層。

油氣田開發(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“動態(tài)”上，即重新認(rèn)識油氣層的現(xiàn)狀是該技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)。

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)去水或注水未見效的井。對于不同特點(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 可對射開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

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

壓裂限流法分層壓裂

用于欲壓開多層而各層破裂壓力有差別的油井。通過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三個油層，相應(yīng)的破裂壓力分別為24，20和22MPa 按射孔方案射開各自的孔眼。當(dāng)注入井底壓力為20 MPa時，B層壓開；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時的注入井底壓力為22 MPa，即C層被壓開；繼續(xù)提高排量，B層孔眼摩阻達(dá)到4MPa時的井底注入壓力為24 MPa，A層被壓開。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。

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)成一個統(tǒng)一的整體。

壓裂蠟球選擇性壓裂

另外，在油田開發(fā)層系劃分中，有的雖同屬一個開發(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，首先壓開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，壓開的裂縫高度很容易進(jìn)入遮擋層，此時需要控制裂縫高度延伸。可以通過控制壓裂液性能參數(shù)和施工排量來實(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。

壓裂測試壓裂技術(shù)

測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試、裂縫閉合壓力測試、微注入測試等。

壓裂液是壓裂工藝技術(shù)的一個重要組成部分。主要功能是造縫并沿張開的裂縫輸送支撐劑，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蜌獾貙拥膫π?，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，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)壓裂液在返排過程中由于破膠不徹底對油氣藏滲透率造成了很大傷害的問題開發(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，該清潔壓裂液配制簡便，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)?，對儲層傷害小，?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