油田压裂增产改造工艺技术研究

2023-01-19＊李强

当代化工研究 2022年1期

＊李强

（延长油田股份有限公司子长采油厂陕西 717300）

引言

我国各项经济事业的快速发展，在一定程度上推动着石油勘探技术的深入研究和改革创新，当下的社会现状促使着各行各业给予石油勘探技术充分的关注，同时相关行业的研究人员和领导者也在积极地加大这一技术的研究投入。基于此，我国的石油工业得到了前所未有的发展，每年增长的石油产量极大地保障了各行各业的生产需求。相较于传统的油气藏而言，低渗透的油气层对于开采技术的要求会更高一些，传统的开采技术无法实现低渗透油气藏的高效开采，我们需要利用压裂技术来满足油田储层各个阶段的开采需求。

1.压裂施工概述

所谓压裂是指将压裂液通过泵注设备注入井内，进而使油层产生裂缝，促进油层渗透率的提升，这是油田增产的重要措施，同时也可以在很大程度上提升注水井的吸水能力。在压裂过程中，注入压裂液时要确保注入压力大于油层的吸收能力，因此对泵注设备的要求较高，需要应用高压大排量泵才能满足压裂施工要求。随着压裂液的注入，能够促使井筒内的压力不断提升，最终超过地层岩石的抗张强度，促使地层产生裂缝。在裂缝延伸过程中，还要继续注入支撑剂，进而形成具有较强导流能力的填砂裂缝。由此可以看出，在压裂施工过程中，所应用的材料主要为压裂液和支撑剂，对于支撑剂而言，可以细分为陶粒以及压裂砂两种。支撑剂的作用主要体现在对压裂地层裂隙进行支撑，对于促进油田增产具有十分重要的意义。支撑剂需要借助压裂液才能进入到裂隙中，促使油气导入油气井，不仅能够促进油井寿命的延长，还可以促进油气产量的提升。将高强陶瓷颗粒作为支撑剂，也可以将天然砂作为支撑剂，无论哪种支撑剂均能起到支撑作用，但是高强陶瓷颗粒的应用最为广泛。这是因为高强陶瓷颗粒具有耐高温、高压的特点，同时高强陶瓷颗粒还具有破碎率低及强度高等方面的优势，因此十分适合作为支撑剂使用。

压裂液是指由水和各种化工助剂的混合液体，压裂液通常会分为前置液、携砂液以及顶替液三种。对于前置液而言，通常也被称为预冲洗液，之所以被称为预冲洗液，是因为在向地层注入某种工作液之前，需要先注入前置液，借助前置液对头层进行预冲洗，因此前置液通常也会被称为预冲洗液。借助前置液的预冲洗作用，能够起到调整地层吸收能力的作用。除此之外，前置液还可以作为缓冲液体，借助前置液能够在很大程度上提升注液效率。在前置液的应用过程中，通常需要添加10个左右的细砂或者粉陶，这样一来，通过注入前置液便可以堵塞地层中的微小缝隙，避免液体的滤失。对于携砂液而言，是指携带支撑剂的压裂液。携砂液的作用主要体现在将支撑剂带入到裂缝之中，是确保支撑剂发挥作用的关键。对于顶替液而言，其作用主要是将支撑剂推向地层深处。

2.油田压裂技术应用现状

传统的“压裂原理”技术是当下油田压裂技术的前身，它们都是基于压裂原理衍生而来的。不同的油田环境以及石油质量所对应的开采活动也存在着极大的差异，各种各样的油田压裂技术正是基于保障开采质量和开采效率的目的所研发出来的。相较于其他种类的压裂技术而言，目前使用最为广泛的压裂技术为整体压裂技术，可以在各个油田的开采过程中发现这一技术的使用痕迹。除此之外，还有两种使用成本较高的压裂技术，即底水油藏改造工艺技术和双极高能气体压裂技术，这两者经常被用于一些特定的油田开采过程当中。就应用范围而言，它们具有一定的局限性。

3.油田压裂增产技术存在的风险

即便当前我国石油行业的油田生产过程以及压力技术的应用情况已经趋于成熟化，但是任何一项压裂技术都不能够保障石油开采的过程是绝对安全的。在实际进行开采作业时，往往会受到多方面因素的影响，从而导致一些意外的情况的发生。据调查研究可知，大部分的意外事故是可以通过风险预估以及合理规划来有效避免的。

(1)安全方面

尽管油田的开采面积比较大，但是由于其开采作业本身存在极强的复杂性，我们在实际施工时需要利用到多种机械设备，各种机械设备加上大量的施工人员聚集于一处导致危险来临时工作人员的逃离难度有所增加。尤其在实际施工的过程中，我们会遇到部分油井压力较高或者排量很大，因而需要进一步提高机械设备的密度，这无疑使应急避难的难度得到了又一次地增加。在必要情况下，部分旧油井是需要进行压裂以及二次压裂的。在这个压裂的过程中，经常会出现砂堵油管以及油井自身结构被破坏等危险性较强的情况。而这些情况的发生又会进一步提高井喷以及物体撞击的几率，对于作业人员来说危险性极强。

(2)技术方面

油田开采工作涉及到很多的内容，相对来说具有一定的复杂性和危险性。在实际作业的过程中，施工人员和技术团队应首选安全性和效率性较高的压裂技术来展开相关的油田开采工作。在实际进行油田开采的过程中，如果施工人员无法做好细节上的处理，或者施工团队无法保障施工材料的质量，那么井喷事故的出现几率就会大大提高。这就需要施工人员掌握好压裂技术的使用方法和控制力度，从而在满足压力需求的同时避免石油管道出现破裂。

(3)环保方面

据研究表明，蕴含丰富石油资源的地方往往也分布着一定的有毒液体或有毒气体。如果在开采过程中，施工团队的某些操作不规范或者压裂技术的压力控制不当，就很有可能导致有毒物质进入大气层，进而对我们赖以生存的生态环境造成极大的破坏。当今社会在追求经济高速发展的同时也极力倡导环保和生态可持续发展的健康理念，所以有关企业和工作人员需要不断的完善压裂技术，使其更具有稳定性和安全性。

4.油田压裂工艺技术分析及突破点的确定

(1)单层压裂技术分析及突破点

所谓单层压裂技术是指以一个待开采的井层为主体，研究人员围绕这一主体的各项参数和具体信息展开深入的研究分析。相较于其他压力技术而言，单层压力技术具有更强的针对性，它往往从主观角度忽视其他影响因素，围绕技术本身展开更为纯粹的研究。在针对这一技术进行改革创新的过程中，往往会利用“有限导流能力模型”来对它的压裂效果进行检验。在检验的过程中，通过对模型信息进行计算和研究，可以发现该技术的弊端和不足，并进行又一次的改进。以有限导流能力模型为理论基础，我们可以利用相应的公式计算出单层裂缝的最大流通能力。在计算出其油量最大流出能力的同时我们可以结合油田的平均渗透率，对它的实际产量进行一定的预估。除此之外，还需要考虑到其他各方面有可能影响石油产量的因素，从而逐一制定相应的解决措施，进而使单层压裂技术的使用效果得到进一步的增强。

(2)井网压裂技术分析及突破点

相较于单层压裂技术而言，井网压裂技术主要是围绕整个油井内的单个组合而展开的施工操作，相对来说这一技术的施工范围更大一些。由于井网压裂技术围绕油井单元展开压裂施工操作，所以在正式施工之前，施工人员应当对油井单元的注水情况以及具体的开采现状进行一定的了解。油井单元位于储存的不同决定了其开采环境的差异性，通过对每一个单独的储存单元进行全面的研究分析，可以建立起相关的专业模型用于保障井网压裂技术的使用效果。在建立模型的前提下，可以根据模型的参数及信息，进一步调整井网压裂单元的施工规模和压裂数据。就目前而言，我们往往会从降低机制以及减小裂缝的角度来完成井网压裂技术的使用改造。在一般情况下，只要能够保障这两方面的合理性，那么也就意味着井网压裂技术的使用效果不会太差。

(3)多层压裂技术分析及突破点

从某种程度上来说，多层压裂技术是单层压裂技术的升级版本。单层压力技术以一个点为中心展开施工，而多层压力技术是以地层为中心而展开相应的施工操作。所谓地层，可以简单地理解为一条线上得多个点，而其中的每一个点对应的就是一个油田储层。在反复研究和实验的过程中，可以发现多层压裂技术的改造方向与井网压裂技术是一致的。

5.油田压裂增产改造工艺技术分析

(1)重复压裂技术

所谓重复压裂技术是指针对某一石油层段进行多次的压裂，从而使其产生导流能力较高的支撑性裂缝。相较于进行重复压裂操作之前，压裂之后所产生的裂缝能够更好地连通油层，极大地提高了石油产量和流出率。在实际施工的过程中，施工人员能否把握好裂缝的转向在一定程度上决定着重复压裂技术的施工效果是否满足开采需求。据相关研究表明，每一次重复压裂时所产生的裂缝都会沿着原有裂缝的方向在不断地延伸，但与之前不同的是，裂缝延伸一段距离往往会产生小幅度的转向。部分油田页岩层的均质程度并不是很高，在这种情况下，是有可能产生裂缝转向并形成新缝网络。但由于我们无法保障每一次重复压裂时都能促使裂缝发生转向，所以就很难据此获得具体的开采信息。在当今时代下，相关企业与研究人员不仅需要进一步加大对裂缝转向以及新缝网的研究力度，而且还要善于利用各种传感器对油田情况进行深入的探测。

(2)清水压裂技术

清水压裂技术主要是利用专业的工作液进行相关的压裂操作，工作液主要是以清水为原料，要求技术人员在其中按比例加入适量的活性剂、降阻剂以及防澎湃剂等液体。相较于其他压裂技术而言，清水压裂技术不仅对油田结构的伤害更低，花费成本更少，而且更善于解决石油堵塞的问题。传统的清水压裂技术主要被用于降低压裂支撑剂的浓度，使其处在合理范围内。由于天然气的岩石表面相对来说比较粗糙，并不能够完全彻底的闭合，所以我们可以利用清水压裂技术来注入工作液，从而提高低渗透油田的导流能力。在实际施工的过程中，首先施工人员可以利用向裂缝中泵入“岩石酸”的方式来清理其中存在的各种杂质。尤其针对近井地带的封堵地段，更需要进行全面的清理，以便保障后续石油开采的效率和质量。在全面清理之后，施工人员可以利用清水压裂技术将调配好的工作液注入裂缝之中，从而保证裂缝的进一步延伸。在大多数情况下，清水压裂技术不仅不会对施工环境造成一定的破坏或污染，而且有时还会进一步延长裂缝，从而提高石油渗透率。

(3)缝内转向压裂技术

相较于其他压力技术而言，缝内转向压裂技术具有更强的针对性，它要求施工人员在正式施工之前做好相应的选检工作。在针对性选井时，应遵循以下几个原则。首先是地层能量必须是充足的，它的多少在一定程度上决定着暂堵压裂井有效期的长短。据以往的施工经验来看，想要采用缝内转向压裂技术的前提是保证地层压力恢复水平在原始地层力的95%以上。其次在于油井的综合采出程度不能过高。任何一个油藏井在开发的初始阶段，都会经过一定砂量的压裂改造。这一阶段的改造技术往往存在较大的局限性，只有经过重复性的压裂改造，才能够有效地提高其产出能力。还有就是在实际进行注水开发的过程中，我们应尽可能地选择侧向的油井，这样能够有效避免水线沟通时产生的暴性水淹现象。

(4)水平井分段压裂技术

水平井分段压裂技术主要适用于油田页岩气的勘探开发中，其作用主要体现在增加水平井的储层与镜头之间的接触面积，进而促进油田产量的提升。在水平井分段压裂技术应用过程中，结合实践效果来看，水平井分段压裂技术主要分为以下几类：首先是化学隔离技术，该技术主要是在射开第一段之后将油管压裂，并利用沙子和液体胶塞对已经压裂的井段进行隔离，直到所有的改造井段依次压开。其次是机械隔离技术，该技术主要是利用机械组合的方式将每一段压裂，但是在压力过程中的机械组合方式不同，例如机械桥塞与封隔器的组合、环空分割器的应用以及双封隔器单卡分压的模式，尤其是在浅层油藏中，加强环空分割器进行分段压裂能有效地预防出现事故。环空封隔器分段压裂技术比较成熟，在浅层油藏开采过程中的应用十分广泛，但在深井中的应用效果不够理想，因此需要继续加强技术研发和技术改善，这样才能使其得到更广泛的应用，发挥更好的作用。还有一种就是限流压裂技术，主要是在整个压力过程中，使压裂液从射孔中高速的通过，并进入储层，而这一阶段势必会导致孔眼摩阻，且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝，它要求各个段破裂压力基本接近，可用孔眼摩阻来调节。