国内外高能气体压裂技术的运用概况及独特优势

蒋林宏，王敉邦，张　梅（中国石油大学（北京），北京　102249）



国内外高能气体压裂技术的运用概况及独特优势

蒋林宏，王敉邦，张梅
（中国石油大学（北京），北京102249）

摘要：高能气体压裂技术经过一百多年的发展取得了巨大进展，虽然在作用机理和测试手段方面研究还存在不足，但在国内外各类型油田中得到了大量应用并取得了很多经验，具备了单独施工、与射孔或酸化联作施工等多种运用形式。本文论述了高能气体压裂技术的发展历程和运用情况，列举了高能气体压裂技术在国内外陆地常规油田以及深井、气井、近水储层和海上油田的运用实例，分析了高能气体压裂技术在不同条件下取得成功的原因。基于高能气体压裂技术施工成本低、形成的裂缝长度适中、对储层几乎无污染的特点，指出了高能气体压裂技术在我国深井、近水储层和海上油田储层改造中具有独特的优势和广泛的运用前景，应该在我国西部、西南和海上油田进行大力推广。

关键词：高能气体压裂；发展历程；运用情况；独特优势；前景

高能气体压裂是一种利用火（炸）药在短时间内燃烧产生的冲击波和高温高压气体来压裂地层，从而改善井筒附近地层渗流能力的技术。高能气体压裂技术在深井、近水储层和海上油田使用具备独特的优势，但地下情况的复杂及测试手段的限制使得其在机理研究方面还非常欠缺，这一缺点制约了其进一步推广[1-6]。尽管如此，该技术的施工工艺已经很成熟并且在国内外各个种类的油藏和井型中有广泛运用。面对当前低油价的形势，低成本的高能气体压裂技术与水力压裂相比展现出了更大的优势，具有很好的运用前景。所以了解该技术在不同地区、不同井型中的运用情况和优势对其研究、运用和市场把握都有重要意义。

1　发展历程简述

高能气体压裂技术最早于19世纪60年代出现在美国，后来以美国和前苏联两个国家为中心，向全世界扩散。最开始技术人员采用TNT等猛炸药对储层实施爆炸压裂，但因爆炸对井筒和地层的破坏太大而逐渐被淘汰，取而代之的是使用硝化棉等火（炸）药的爆燃来实施高能气体压裂[7]。近年来还出现了浓稠硝基甲烷炸药、液体推进剂等一系列爆燃更稳定、更加安全、更高效的高能火药[8，9]。在施工形式上从以往的推进剂单独施工，发展到了目前的高能气体压裂与射孔复合技术、高能气体压裂与水力及酸化复合技术、“爆炸松动”增产技术、液体药高能气体压裂技术和袖套式复合射孔压裂技术等[10]，不同的技术能够适应不同的油藏类型和井型，为高能气体压裂的推广提供了强大动力。

我国在此方面的研究与应用工作稍晚于美国，自1985年西安石油学院与西安近代化学所在国内开展高能气体压裂的研究与推广以来，国内已经发展出一项基本成熟的、在各油田应用中取得了良好经济效益的、正在向综合性压裂发展的油气层改造增产新技术。无壳弹高能气体压裂技术在全国各油田均得到了推广应用，近年来高能气体压裂单独使用已经很少[11]，而与射孔、水力压裂和酸化的联作技术，在各个油田都得到了较普遍的推广。目前高能气体压裂技术在我国的运用已经扩展到了深井和海上油气井。

2　高能气体压裂国内外运用现状

2.1国外运用情况

有文献指出，截止2012年，美国、加拿大、俄罗斯、欧洲、非洲、拉丁美洲和中东地区的高能气体压裂施工井数有8 000多口，运用井型也包含了油井、气井、注水井甚至煤层气井[12，13]，储层类型包含从低渗到高渗的砂岩、页岩和灰岩等[14]。国外一般都将高能气体压裂与射孔联作，用做水力压裂之前采取的降低井筒周围压力损失的辅助措施[15]，或者是砾石充填井的解堵等[16]。装药方式大多为枪外装药（袖套式药柱），用该装药方式的主要原因是能够在确保射孔枪能够装载足够多射孔弹的同时保证推进剂的量足够大[17，18]，而且可以减小射孔对地层的污染[19]，部分地区的运用效果（见表1）。

由表1可以看出，高能气体压裂在各个地区的各类型井都有成功的运用案例。更多的统计数据表明，以复合射孔为主的高能气体压裂技术在国外约四分之三的运用集中在美国、加拿大和中东地区[20，21]。笔者认为如此广泛的运用主要归功于该技术不受场地限制，施工简单，设备投入少，作业时间短，无需支撑剂，成本低廉的优势。而在重油油藏中的运用之所以能够取得良好的效果，归功于火（炸）药爆燃产生的高温高压气体和储层发生物理、化学作用，在压开地层的同时可以进一步改善储层流体性质、对储层污染很小。

表1　国外部分代表地区运用效果

2.2国内运用情况

2.2.1陆地油田浅井、中深井应用情况高能气体压裂技术在国内大庆、长庆等陆地油田上万口井中进行了应用，且运用的大多数井都属于浅井和中深井。例如近三年，该技术已在长庆油田、延长油田、吉林油田服务1 000余井次，大多都取得了明显的效果，有效率达到80 %以上。濮城油田5口井的施工实施结果表明：单井增产倍数为2.1，成功率为80 %；宝浪油田12口井的工艺一次成功率100 %，有效率85 %，增产幅度1～3倍，有效期3个月左右，其中注水井实施该技术压裂后比解堵之前增注平均30 %以上，油井解堵效果平均为12 %[22，23]。

2.2.2深井应用情况目前国内高能气体压裂施工在深井中的施工比较少，但随着我国陆上油田逐步向低渗、深部储层进军，研究和优化深井高能气体压裂技术具有十分广泛的前途，深井中运用实例也具备重要的参考价值。部分深井运用实例（见表2）。

表2　国内部分深井高能气体压裂实施情况

从表2不难看出，高能气体压裂技术在深井中的运用依然可以达到较好的效果，而统计表明我国的深井大多都位于西北、西南、新疆等自然环境恶劣、交通不便、缺水的地区。在这样的条件下，该技术设备简单、不用支撑剂、液体用量少的特点能够大大减少起、下管柱次数和运输成本，在我国深井中的运用能够体现出很大的优势。

2.2.3近水储层改造爆燃压裂应用情况由于高能气体压裂产生的裂缝条数多，长度延伸有限，其在近水储层改造方面有巨大的优势，实际运用中也取得了很好的效果。例如，长庆底水油层油藏具有边底水活跃，天然能量充足的特点，而2000年5月对长庆吴起油田20口底水油帽油层油井进行爆燃压裂试验，施工成功率100 %。随后该技术在胜利山、寨子河、铁边城、长官庙等油区推广，截止2008年底累计施工1 238井次，工艺成功率95 %。2009年在长庆油田的Y8，长3，长2，长9层底水油藏共实施爆燃32井次，其中探井12井次，生产井20井次，最高产液53.29 m3/d，最高产油量14.3 m3/d，控制底水有效率81.25 %，见效率93.75 %。同时爆燃压裂在陇东地区的底水油藏进行了14口井的应用试验，有效率达78.6 %。部分地区控制底水措施情况（见表3）。

表3　陇东地区的底水油藏爆燃压裂施工情况

由表3可以看出，不同于水力压裂，高能气体压裂技术在近水储层中的使用在提高产液量的同时并没有使含水量猛增，这归功于高温高压气体适当的作用范围。据统计，高能气体压裂产生的辐射状裂缝的长度绝大多数在十米以内，这些裂缝在大大提高地层渗流能力的同时又不会沟通水层，而水力压裂产生的长裂缝很容易沟通水层，使得油井被水淹。所以，高能气体压裂技术在近水储层改造方面具备独特的优势和宽广的运用前景。

2.2.4气井中应用情况国内高能气体压裂在气井中应用较少，机理研究也相对较弱，但我国具有丰富的天然气资源，研究和优化气井高能气体压裂技术具有重要意义。目前在吉林油田、中原油田和川南、川西油田中有气井的应用[24]，尤其是在四川取得了良好的效果，四川部分地区应用情况（见表4）。

由表4可以看出，使用的火药量比较大，原因是四川气井都是3 000多米的中深井，储层物性较好，火药用量太少的话产生的高温高压气体会被底层吸收，大大降低其压裂底层和解堵的能力。其次产气层的物性大多比油层的差，容易被堵塞，而高温高压气体处理地层后不会留下残渣、不用支撑剂的特性可以避免堵塞气层。

表4　国内部分气井爆燃压裂实施情况

2.2.5海上应用情况与陆地油田相比，高能气体压裂技术在海上油田的使用在国内非常少，主要是出于运输和平台施工安全方面的考虑。然而水力压裂也并没有在海上油田得到广泛的使用，主要原因是海上水力压裂的成本比陆地上高得多，而随着施工技术和火药配方的改进，高能气体压裂技术的安全性大大提升，这使得该技术在海上拥有广阔的运用成为可能，也就决定了高能气体压裂在海上油田具备很大的成本优势。近年来，高能气体压裂技术在中国海上油田已成功应用两井次，2014年5月12日，在南海东部某油田A井进行首次高能气体压裂作业；2015年4月28日到29日，该油田B井也进行了高能气体压裂作业。其中A井施工后产液量由0提高到了67桶/天，B井产液量由410桶/天提升到了1 115桶/天。

3　小结

（1）虽然高能气体压裂技术的作用机理和测试手段研究还存在一些不足，但其在国内外各类油田的各种井型中都已经有了广泛运用并且取得了很好的效果。

（2）目前高能气体压裂大多与射孔，酸化等措施复合施工，采用的压裂药剂安全性也有了较大的保障。

（3）在国内该技术因具备施工简单，成本低廉，产生裂缝分布有效而且长度较短的特征，在深井，近水储层，海上油田和偏远地区油田中的使用展现出了独特的优势，具有宽广的运用前景。

（4）因其不用支撑剂、对地层几乎无污染的特征在气井和敏感性较强储层中的运用取得了良好的效果，也有很大的运用空间。总体而言，高能气体压裂的独特优势能够弥补很多水力压裂的缺陷，尤其是在上述几种特殊的储层和井型中，使用高能气体压裂可以取得很好的效果，是一种值得深入研究、值得大力推广（尤其是在西部、西南和海上油田）的增产技术。

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Application and advantages of high energy gas fracturing at home and abroad

JIANG Linhong，WANG Mibang，ZHANG Mei
（China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract :During more than one hundred years' development，high energy gas fracturing （HEGF）has achieved great progress.Although there are still weaknesses on the research of HEGF's mechanism and methods of measurement, much field experience have been deposited and application methods such as single use,compound use with perforation and compound use with acidizing are accumulated.This paper discusses HEGF's historical development and overall application status, gives examples of HEGF's application in conventional onshore wells, deep wells, gas wells，near-water reservoirs and offshore fields at home and abroad, analyzes the reasons of success in diverse situations.Pointed out HEGF's unique advantages and broad prospect of application in deep wells, near-water reservoirs and off-shore fields based on HEGF's advantages of low cost, proper fracture length and nearly no pollution to reservoirs.Thus HEGF should be greatly generalized especially in the west,south west and offshore oil fields.

Key words：high energy gas fracturing；historical development；application status；unique advantages；prospect

作者简介：蒋林宏，男（1991-），中国石油大学（北京）硕士，现从事油气田开发理论与施工工艺方面的研究工作，邮箱：linhongjiang@yeah.net。

*收稿日期：2016－01-12

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.002

中图分类号：TE357.11

文献标识码：A

文章编号：1673-5285（2016）03-0006-05