油田压裂技术和压裂液的优化

2021-01-09柳海啸李亦白王庆龙魏舒李凌宇

化工管理 2021年4期

柳海啸，李亦白，王庆龙，魏舒，李凌宇

(1.中海石油(中国)有限公司蓬勃作业公司，天津 300459；2.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在我国综合国力不断提升的今天，化石能源的需求相比以往有着大幅提升，我国每年石油资源的进口量与国内开采量屡创新高。在开采石油过程中，由于地下油气储层的性质千差万别，为了将油气资源顺利地开采出来，需要开采企业有针对性地选用压裂技术，所以压裂技术是否科学将决定着油田开采效率[1-3]。在压裂技术应用过程中，压裂施工技术与压裂液是成功应用压裂技术的关键，也是决定压裂技术今后发展方向的重要因素[4-7]。

1 油田压裂技术的简述

在油田开采阶段，对于地质复杂、渗透率低、孔隙度低的油气储层，为了进一步提升油田的开采效率，大多开采企业会采用压裂技术来完成油田开采任务。在孔隙度与渗透率低，油气资源埋藏深度比较大的地区，压裂技术的开采效果显著由于其他开采技术。此外，随着压裂技术的不断进步，水基压裂液应运而生，不仅可降低压裂液的摩擦阻力，而且可提升压裂泵的工作效率。然而，由于压裂液的研发尚处于起步阶段，所以应用效果还需要进一步检验。此外，为了满足我国油田的开采需求，我国相继从外国购置了先进的压裂机组与设备，压裂技术同样在我国得到了快速发展，不仅可应用于低渗透油田的开采，而且开采效率显著提升。随着我国经济与科学技术发展的不断加快，我国压裂技术也相当成熟，无论是在压裂技术，还是压裂液的研发，均比以往有着跨越式的进步。

2 油田压裂技术的特点

(1)避射技术。在渤南油田开发早期，对放射性测井曲线、多口油井的井温曲线进行分析后发现，油层中缺乏良好的造缝，而造缝情况大多出现在地下夹层中，增加了石油开采难度。另外，通过分析声波测井参数后发现，地质情况在夹层与油层中存在差异，较硬的地质多分布在油层中，而夹层中的地质硬度要小于油层，从而使造缝现象在夹层中表现得更加明显，加之泥岩厚度在夹层中比较小，导致裂缝延伸趋势受阻，裂缝的波动也就相应加强。因此，开采企业需借助压裂避射技术，即采取措施防止夹层被压开，并确保地下油层的上部与下部可以避射一段距离。在运用避射技术后，裂缝高度可以得到良好控制，油田开采效率与产量提升明显。在应用避射技术时，需注意以下内容：①如果泥岩夹层厚度小、强度低，且地下油层岩性强度大时，可分别在地下油层底部、顶部运用避射技术。另外，如果平层泥岩因厚度小而无法对裂缝上下波动进行限制时，可直接在顶底运用避射技术来提升油田开采效率，具有显著的增产效果。②在运用压裂技术时，由于地下油气储层底部有着较高的渗透率，所以开采企业要对地下油气储层底部厚度进行测量，并在开发底部过程中，使用水驱方式实现增产。在压裂施工阶段，裂缝可通过不间断的造缝实现下移，致使厚度一定的泥岩隔层被压开，降低石油开采难度。

(2)前置液处理技术。如果采油区块存在较高的破裂压力，采油单位需要在预处理过程中使用酸性物质，随后才可正式开始压裂施工。在施工前，将酸性物质挤入至井筒中，有助于降低破裂压力，最多可降低6 MPa，并且可起到疏通井筒的作用，提升通道的渗流效果，降低压裂施工的难度。

(3)限流压裂技术。限流压裂技术的应用，可通过调节地下层中射孔的数量，使得地下层中各个孔眼的压差存在一定差异，有助于提升压裂液的注入量，并且地面压裂设备的工作效率也会得到充分保障。一般来说，当地层被压开后，地层上部会涌入更多的液体，导致炮眼摩擦阻力快速增加，提升了液体进入地下储层的难度，压裂液也就会因此渗透至其他地层之中，使得经过一次压裂作业后，其他地下储层也同样会受到压裂作用，提升压裂的效果与效率。

(4)整体压裂改造技术。在使用单井压裂技术或者井组压裂技术时，所收获的压裂效果并不会十分理想。随着裂缝监测技术、地应力监测技术应用技术水平的不断提升，采油单位可以更加详尽地了解采油区块的整体地质构造，并且由于我国压裂配套设备的现代化程度不断提升，大压力、大排量机组的应用更加广泛，所以可显著提升低渗透油田的压裂效果，开采量也会得到充分保障。

3 油田压裂技术的优化路径

(1)加大低渗透油田压裂技术的研发力度。在开采低渗透油田过程中，压裂技术发挥着重要作用，并且也有助于保障开采效率与产量的关键技术。现阶段，能源是经济发展的重要支撑，所以在开采规模不断扩大的今天，油田开采难度与日俱增，地下储层构造变得更加复杂。唯有不断地研发出新的压裂技术、压裂工艺，实现对油田整体区块的科学改造，才是提升油田开采量的唯一路径。

(2)深入研究返排液的处理与再利用技术。压裂新技术中的研发关键是注重返排液的处理与再利用技术的研究。为了提升采油企业的经济效益，控制油田压裂成本是管理者的当务之急。选用高效、环保的压裂液，不仅可实现绿色化的油田开采，提升返排液的处理与再利用效率，不仅使油田增产，也有助于降低油田压裂成本。

(3)提升压裂技术配套的水平。为了尽快达到国外压裂技术的应用水平，我国除了要积极汲取外国压裂技术中的精髓外，还应加大新型压裂技术的研发力度，将压裂技术贴上中国的标签。当前，我国在裸眼封隔器分簇射孔技术在研究进展十分迅速，并且取得了关键突破，有助于提升致密油气的分段改造效果。与此同时，国外微地震波裂缝监测技术十分先进，我国也要在引进此类先进技术的同时，实施二次开发，努力使微地震波裂缝监测技术可以与我国地质结构相适应。

(4)压裂技术向体积压裂改造转型。以我国各大油田储层特点为基础，对当前广泛应用的压裂技术进行创新研究，使新型压裂技术体系可以适用于我国储层结构。在研究过程中，科研人员要针对我国储层特点，对传统压裂技术的进行升级改造，分析当前压裂技术中存在的技术弊端，逐个解决问题。

4 压裂液的研究与优化措施

(1)普通田菁压裂液。在部分油田开采中，普通田菁压裂液可以在低温条件下使用，而且携砂功能也十分突出，降低开采阻力，有助于降低开采成本。与其他压裂液相比，普通田菁压裂液可以在油田开采现场配置，使用十分便捷。当普通田菁压裂液与硼砂交联应用后，降低了压裂液的温度适应能力，严禁应用于大于80 ℃的油井开采作业。然而，当普通田菁压裂液与有机锆交联后，交联后的压裂液可以承载更高的温度，大多应用在井下温度在150 ℃的深井压裂施工作业场合，缺点是需要耗费更多的前置液，加剧了地下储层的损害。

(2)羟丙基田菁压裂液。与普通田菁压裂液相比，羟丙基田菁压裂液的优势在于不会产生过多的残渣物质，而且可降低对地下油气储层的损害。羟丙基田菁压裂液是将普通田菁压裂液中的半乳甘露聚糖在特定条件下与羟丙基发生醚化反应，从而制备出优点更突出的羟丙基田菁压裂液，当其与有机钛、硼砂交联后，羟丙基田菁压裂液可在146 ℃温度下工作，携砂能力大为增加，降低摩擦阻力，对地下油气储层的损害可明显减轻。

(3)羟丙基胍胶压裂液。羟丙基胍胶压裂液在当前压裂施工中的应用十分普遍，但是由于国内压裂液制备能力有限，往往需要从国外采购胍胶胶片以及原粉，在国内完成羟丙基胍胶压裂液的改性处理，将残渣的比例控制在最低界限。羟丙基胍胶在经过处理后，其黏度可以约等于原粉的黏度。将羟丙基胍胶压裂液与不同物质交联，其适用性可以获得显著提升，并可应用在不同温度条件下。其中，将有机硼物质与羟丙基胍胶压裂液进行双元交联，耐温性能、携砂性能与反排率可以显著提升，并且可对地下油气储层实施良好的保护。当把激活剂、氧化剂加入到压裂液中，压裂液便具备在超低温条件下应用的能力。现场试验研究表明，羟丙基胍胶压裂液可在30～150 ℃的温度区间内使用。

(4)油基型压裂液。为了保护地下油气储层，油基型压裂液可广泛应用在水敏地下储层、低压油气储层的压裂施工作业，并且保护效果十分显著。另外，在国外油田开采作业中，压裂施工也着重对油基型压裂液的性能与压裂增产效果进行检验，检验效果也符合预期值。

(5)压裂液添加剂的优化。添加剂可以改善压裂液的理化性能，在压裂施工中，需要将添加剂加入压裂液中。例如：有机硼、硼砂以及有机钛等均是常见的交联剂。因此，为了提升压裂液的性能，同样有必要对压裂液添加剂方面予以深入研究，研发出性能卓越的添加剂，有助于提升压裂液的综合性能，增加压裂液的适用条件，确保压裂液可以满足复杂条件下的压裂作业需求。