水平井水力压裂机理及在改造低渗储层中的应用

2017-03-18张小奇史建国

辽宁化工 2017年6期

张小奇，史建国

（延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安 717600）

随着石油工业的发展，低渗透、超低渗透及非常规油气资源逐渐成为各油气田稳产增产的主体。其储层结构致密，流体流动困难，需要通过压裂来改变储层流体流动状态。水力压裂作为低渗、超低渗油田增产增效的主要措施，针对不同地层有不同的压裂工艺，应根据地层情况复杂，针对不同的地质条件、储层特征，应选择合适的压裂方式，以便获得更好的储层改造效果。此外，随着科技的进步，新型压裂技术在改造储层方面也展现出其优势。

1 水力压裂增产机理

1.1 压裂原理

水力压裂就是利用高压水力作用，在储层中形成人工裂缝，沟通远井带油气储集区，扩大泄油面积，提高油井产量的一种技术。

图1 水力压裂原理

原理：通过地面高压泵组，由井筒向地层注入大排量、高粘液体，在井底产生极高的压力，当该压力达到地层破裂压力时，井底岩石被压开形成裂缝。继续高压高速注入携带支撑剂的液体，迫使裂缝向前延伸，压裂停止后，支撑剂起到支撑裂缝作用，形成了具有一定尺寸的高导流能力的填砂裂缝，使油气轻松地通过裂缝流入井中，达到增产增注效果[1]。

1.2 增产机理

（1）改变流体形态：压裂前，储层流体形态为径向流，压裂后形成多条裂缝，变为双线性流，流体更易流入井筒。

（2）沟通油气储集区：低渗、超低渗储层非均质性较强，井底并不能连通所有的油气聚集带，通过压裂产生的人工裂缝，可以有效的将油气聚集带与井筒连接起来，扩大了供油区域，提高单井产量。

（3）克服井底附近地层的污染。

2 常见的几种水力压裂工艺

2.1 限流法压裂

1985年，国外在改造油田表外薄互层开发状况方面，使用限流法进行压裂完井，使之前无法充分动用的储层得到了开发，取得了较好的改造效果，增加了油田可采储量，在保证油田增产稳产方面发挥了重要作用。国内应用水平井限流法压裂首先开始于大庆油田外围，从1990年代至今，在改造薄差层方面大庆油田应用该技术压裂几十口井，均取得很好的增产效果。

图2 限流法压裂过程示意图

其技术原理为：通过严格控制炮眼数量和直径，以尽可能大的排量施工，利用炮眼摩阻提高井底压力，迫使压裂液分流，使破裂压力相近的地层依次压开，达到一次加砂能够同时处理多层的目的[2]。

在鄂尔多斯盆地进行低渗透油气田开发时，经常会遇到薄差层，其储层破裂压力基本接近，采用机械分隔往往难以操作，用限流法压裂技术进行压裂时提高了多层压开程度、节约压裂成本，能够压开100米内近10个以上薄层，非常适合低渗透薄差油层压裂。

2.2 分段压裂技术

图3 滑套封隔器分段压裂工艺

分段压裂是在水平井段，将封隔器和压裂滑套串在完井套管，根据设计要求将油气储层人为的分成几段，用同一设备依次单段压裂，以达到最大化储层渗流能力、提高导流性和生产力的目的。分段压裂技术具有针对性突出、可控性好、压裂效果显著等特点。常见的有以下几种：水平井套管限流压裂、滑套式封隔器分段压裂、水平井双封单卡分段压裂等[3]。

2010年，中石化在鄂尔多斯盆地南部地区首先进行水平井分段压裂试验，其第1口试验井压裂后最高日产油达29.0 t，相较与该地区平均油井日产量增加了数倍。到目前为止，累计压裂水平井井500口左右，单井分段压裂最多达19段，最高日产油128.5 t[4]。

2.3 水力喷射压裂技术

水力喷射压裂技术是利用高压、高速流体，并携带支撑剂体进行射孔，打开井筒与储层之间的通道后，进一步提高流体排量，从而在储层中造成裂缝的水力压裂技术[5]。

长庆油田结合其储层特点：低渗且天然微裂缝较发育，首创了“多簇射孔、环空加砂、长效封隔”的水力喷射环空压裂工艺，解决了传统水力喷射压裂工艺使用过程中出现的喷嘴寿命短、加砂量少、单一裂缝增产效果不显著的难题。该技术主要技术特点：采用双级喷射器喷砂射孔，后环空加砂、油管补液注入地层，显著降低了反溅伤害与喷嘴磨损，提高了压裂管柱施工能力和作业效率。实践应用表明，该方法的使用能有效的提高了低渗、超低渗储层开发效果[6]。