水平井水力压裂机理在改造低渗储层中的应用

2020-04-02王志杰

科学与财富 2020年3期

王志杰

摘要：目前，国内常规油气资源开采已达到瓶颈，为了保证油气资源开采的质量和数量，务必要致力于研究低渗以及超低渗油气田开发过程。在对低渗、超低渗油田开采时采用水平井水力压裂技术，能够使储层流体的流动性发生变化，增加泄油面积，从而保证油气资源开发的效率和质量。在选择压裂手段时，要结合实际的地理状况，深入分析地质特点、油层性质，这样才能对储层进行科学合理的开发。

关键词：水平井;水力压裂机理;低渗储层

在石油行业持续发展的今天，越来越多的人开始把视线投入到低渗透、超低渗透等难以开采的油气能源的开发和利用上。这种油气资源油层构造紧密，液体流动性差，所以要借助压裂技术使储层液体的流动性增加。水力压裂在开采低渗、超低渗油田的过程中具有重要作用，要深入分析探索水力压裂机理，才能更好的保证开采油田。另外，在科技水平飞速提高的背景下，一些新型压裂技术在石油开采过程中运用的频率越来越高。

一、水力压裂增产机理

1.1压裂原理

水力压裂是指通过增加水的压力，使得油层产生缝隙，能够和油气存储部位接连，进而增加储层的泄油半径，保证石油开采的数量。

水力压裂原理：利用地表高压泵组，通过井筒把排量大、粘性大的液体输入到地层内部，使得井底的储层承受很大的压力，随着压力的增加促使储层的岩石产生裂缝。然后持续注入高压、高速的携砂液，促使缝隙增大，压裂结束后，产生了丰富的允许油气资源流动的缝隙网络，支撑剂可以使缝网保持原样，油气资源可以从缝隙进入井中，进而可以提高产量。

1.2增产机理

（1）使流体状态变化：没有压裂前，储层液体的流动是径向，经过压裂，产生丰富的缝隙网络，液体可以双线性流动，更容易流入井中。

（2）连接油气存储部位：低渗、超低渗油层各部分的渗透性不同，井底和一些油气密集部位不能有效的连接，利用压裂打造的人工缝隙，能够实现油气密集地带和井筒的连接，这样便增加了单井产油地层，增加石油开采量。

（3）避免井底周边的土壤发生污染。

二、常见的几种水力压裂技术

2.1限流法压裂

20世纪80年代，国外利用限流法来进行油井压裂，把已经开采过的油井中未被发掘的油气资源开采了出来，使得油田的产量大大增加，促进石油产业的稳步发展。我国对于水平井限流法压裂技术的使用是从大庆油田外围开始的，在20世纪90年到目前，利用限流法压裂技术成功改造了十几口油井的薄差层，取得一定的成效。

限流法壓裂技术原理：对炮眼数量以及半径大小严格把握，最大限度的提高排量，通过炮眼摩阻来增加井底压力，使得压裂液流动性改变，破裂压力相似的油层都可以裂开，一次加砂就可以改造多个储层。

在开采低渗透油气田过程中，会出现很多薄差层，此类油层的破裂压力大多一致，通过机械分隔不容易开采，而使用限流法压裂技术可以使多个储层同时裂开，降低了压裂费用，该工艺在低渗透薄差油层的开发中具有重要的作用。

2.2分段压裂技术

分段压裂是指在水平井井筒结构中，即完井套管中接入封隔器和压裂滑套，按照设计规则把油气储层划分为几个部分，通过开关滑套按顺序进行压裂，使得油层的渗透性、流动性和生产量显著提高。分段压裂技术优点很多，比如具有很好的针对性、容易操控、压裂效果好等。经常运用的类型有：水平井套管限流压裂、机械封隔分段压裂技术、水力喷砂压裂技术等。

21世纪，中国石油化工集团有限公司在鄂尔多斯盆地南部地区开展了水平井分段压裂测试，首个测试井在压裂后达到29.0吨的日产量，开采量飞跃提升。截止现在，压裂水平井大概有500个，单井分段压裂最高值为19段，每日生产最大有128.5吨。

2.3水力喷射压裂技术

水力喷射压裂技术要借助高压力、流速快的液体进行，射孔液携带支撑剂射穿地层，使得储层中产生缝隙，连接井筒和油层，增加液体流动性。

根据储层性质：低渗、自然缝隙很多，可利用水力喷射环空压裂技术，其特点是：射孔多，环空加砂，封闭。使得以往水力喷射压裂技术喷嘴使用时间短、加砂量不多、裂缝少等问题得以有效改善。此项技术的原理是：通过双级喷射器实施射孔，接着进行环空加砂，把液体输入地层，减少了反溅危害和喷嘴破损，增加了压裂管柱工作效率。实践研究显示，此方法可以保证低渗、超低渗储层得以有效的开采。

2.4选择性压裂技术

针对油层中各个层位以及各油层间液体吸收能力不一样这一特性，在缝隙中注入暂堵剂，使其封闭，保证压裂液可以分流，能够使其它部位产生新缝隙，实现选择性压裂。

三、新型压裂技术

水力压裂技术在油气资源的开发中具有重要的地位，尤其在低渗、超低渗等难以开发的油层中作用显著。但是，水力压裂也存在很多弊端。水力压裂技术容易造成环境污染，构成地震隐患。

3.1超临界二氧化碳压裂技术

超临界二氧化碳压裂技术在开采低渗、超低渗透油层时具有很大的价值。超临界二氧化碳的特性如下：密度值接近水;粘性很小;表面张力接近0;没有固液状态;零污染、零伤害。另外，CO2在地层里可以产生CO2泡沫，易溶于水，产生酸性物质，可以溶蚀储层。

3.2高能气体压裂技术

炸药和火药在燃烧时能够生成温度高且压力大的气体，可以利用这一特性开采石油，在井筒周围生成速度快、气压大的气流，能够使岩石产生裂缝，裂缝可以把井筒和储层连接起来，进而实现产量增加的目标。但是有一定的缺点，产生的缝隙很短，其次是爆炸的能量不易操控，容易造成井筒损伤或发生危险。

总结：水力压裂技术能够改变储层结构，可以带来很好的开发效果，被广泛应用于油气开采中。在使用压裂技术前要注意仔细研究地层性质，采取最有效的水力压裂技术，确保能够高质高效的开发石油资源。此外，新型压裂工艺的价值日益突出，在今后将得到大力推广和使用。

参考文献：

[1]仝少凯，高德利.水力压裂基础研究进展及发展建议[J].石油钻采工艺，2019，41（01）：101-115.

[2]付盼，廖明豪，田中兰，李军，乔磊，李林，吴志勇.页岩气水平井压裂中地层滑移数值模拟研究[J].石油机械，2019，47（04）：73-79.