石油开发中体积压裂技术的应用

2023-12-23高娟张新印郭振华于昕冬孟杰李鑫

石化技术 2023年11期

高娟张新印郭振华于昕冬孟杰李鑫

延长油田股份有限公司七里村采油厂陕西延安 717199

随着科技的发展，石油开采领域可以实现更为精确的规划，随着油田体积压裂技术的发展，其应用也越来越成熟。在当前的能源领域，石油的地位越来越高，在生产过程中对石油的需求量也越来越大。目前的油气资源状况，对油田公司提出了更高的要求，即要确保原油的品质，提高原油的采收率。将体积压裂技术应用到油田开发中，对油田开发技术的升级与提升具有重要意义。

1 体积压裂技术概述

体积压裂技术的工作原理如下：自然裂缝在水力压裂施工中不断扩展，在脆性岩体内造成剪切滑动，由此形成人造裂隙，天然裂隙和人造裂隙的交汇，构成裂缝网络，扩大了改造面积，增加初始产能和后期原油的采收率。实践表明，体积压裂技术在油田开发中的应用是十分有效的。近年来，由于压裂工艺的革新与发展，使国内原油产量逐年增加。在过去的10多年里，我国油田采用压裂工艺的次数超过了10万次，同时，原油产量也在逐年上升。在以往的油田工作中，其工作重点是开发一类、二类油藏，现在，油藏已经从原来的油藏过渡到了三类、四类，所以，常规的压裂技术已不能满足目前的生产要求，要想增加油田的单井生产，必须对原有的采油工艺进行改革，而采用致密油体压裂技术，则能较好地解决这一难题，根据不同的低渗透油藏的渗透率，研发适用范围更广的体积压裂技术，采用斜井多级压裂、多级水力射流压裂等技术进行采油[1]。

2 石油开发中体积压裂技术的应用优势

2.1 创设良好的开采条件

在特低渗透油田的采掘中，因为地表对油田的影响很大，所以采掘工人在采掘时一般都采用丛式井，当油井倾角超过15°时，这是很好的采掘条件。采掘人员要根据有利的井眼、井斜等情况，对有关的压裂参数进行优化，并对射孔进行进一步的优化，从而为区分多条裂缝的压裂创造有利条件。采用多缝组合压裂技术，可以保证储层中各裂缝相互独立、相互平行，从而达到增产的目的。另外，由于实施多缝压裂时油井倾角非常合理，因此在油田中不会出现压串、分压的现象。

2.2 控制体积压裂的效果

当油气田中存在着大量裂缝时，将严重制约着油气田的开发与安全。为了保证油气田开采的顺利进行，需要在大变形条件下采用这种方法。如果单井品质非常好，而且夹层很薄，射孔孔径很大，那么最好是用油套混合注水层来压裂，以达到理想的采油效果。在单井中，2个压裂段之间的间距过大，将影响压裂的精确度。只有采用双缝法，才能提高压裂的精度。对于物理性质差异很大的压力层，采用投球分压的方法，不仅可以提高施工效率，还可以提高施工安全系数。此外，在采用体积压裂技术时，若存在某些不利因素（井底质量差、套筒不全、压力大等），可采用封口压裂法，以提高开采质量。

2.3 实现体积压裂技术开采条件的优化

在采用体积压裂技术开发特低渗透油气田时，按照各自的实际情况，要采取多种措施进行油井生产环境优化，从而达到提高采矿质量和采矿效率的目的。在开采过程中，如果油气田的密度较小，这样就可以通过对支撑剂、压裂液、压裂预注液等进行优化处理，来提高油层的强度。在开采过程中，如果采用风度破胶技术，则需要考虑压裂地段的地质情况、底层液体所能承受的最高温度等因素，如果压裂地段的地质情况不太理想，或者底层液体不能长期滞留，则可以提高破胶剂的用量，从而对开采条件进行优化。此外，支撑压裂改造技术的应用，不仅可以快速溶解压裂液残余（滤饼），还可以打破冻胶结构和分子链构型，从而达到破胶排液目的，并达到裂缝内液体导引的目的。

3 影响体积压裂技术实施的因素

3.1 体积压裂的地层条件

在进行体积压裂的过程中，地层条件是一个很大的影响因素，在油田开发工程中应用体积压裂技术时，要求工作环境为地下油气藏有一定数量的天然裂缝，只有在保证油藏存在一定数的天然裂缝的情况下，才能进行开发，只有这样，才能将体积压裂技术应用到建筑工程中，才能为体积压裂工艺的实施提供一定的空间保障，以提高技术的执行效率。就地层条件而言，其天然裂缝的地理位置与最小地应力方向相吻合，在此种情形下，受压后产生的裂口与天然裂口的走向相垂直，两者之间的相互影响，很容易造成一种相互交错的裂口，对地层状况有多种影响[2]。

3.2 体积压裂岩层具有较弱亲水性

在油田开发中应用于体积压裂岩，所需建造的地下岩层具有弱亲水因子，由于在施工时会用到压裂液，因此，在施工时必须借助一定的压力来对地层起到一定的效果，协助地层被挤压，进而产生裂缝，再用支撑剂来支撑地层裂缝，在这种作用力下，施工组使用的是压裂液。由于压裂液是在岩层中自由流动的，因此，为了防止岩层吸收太多的水分，必须在地下开采出一种具有弱亲水性质的岩石，这样才能让注入的压裂液发挥出最大的效果，促进体积压裂的成功。因此，在地下开采出的压裂岩石，必须要有弱亲水性质，这样才能节省液压液，降低工程建设的成本，同时，也要保证在施工过程中，液压液的使用比例有一定的稳定度，促进工程的顺利进行。

3.3 体积压裂技术的适用范围

对体积裂解法适用范围的把握，可以使体积压裂技术在石油开发中的应用更加成功，并非所有的技术都具有很强的适应性和实用性，它们至少在某个领域具有某些优点，这一点也可以应用到石油开发的体积压裂技术上。因此，要想更好地改善体积压裂的使用效果，把握其技术特征，就必须考虑其适用范围。这样，就可以确保在施工过程中，对地下岩层进行解封，对裂缝的影响，都是在施工队的掌控之下。在对石油开发的体积压裂技术进行研究和实践的过程中，为确保压裂效果能够得到有效的提升，在使用该技术时，必须对油藏情况进行全面的考虑，对石油开发地下的原材料储存层的情况进行一些数据化的认识和分析。在此基础上，可有效地消除多个层生裂隙的交互作用对缝网体系的影响。在进行体积压裂改造的前提下，必须强化对储集层内不同层生裂缝之间相互交错、相互影响，从而形成缝网系统的试验研究。与基岩裂缝相比，天然裂缝体系在油藏改造中具有明显的优越性，其内部既可能存在原生裂缝，也可能存在二次裂缝，从而提高了复合裂缝形成的概率，可以进行大规模的改造。通过对天然裂缝发育情况的调查，并对大面积积压裂法应用的可行性进行研究，能够确保技术革新的针对性与科学性，从而对体积压裂技术的适用范围有一个清晰的认识，有助于将体积压裂技术应用于石油开发。

4 体积压裂技术在石油开发中的应用

4.1 裂缝封堵压裂技术

裂缝封闭技术有缝内封闭和缝外封闭2种。“缝中封闭”和“端部脱砂”压裂工艺的核心原理是相似的，都是用某种程度的封闭来提高缝面的净压。而缝内封闭则更侧重于微观层面，由于天然裂缝发育，在压裂过程中，往往形成多个缝且缝间相互影响，导致缝隙变窄，这不仅不利于加砂压裂，而且对支撑剂粒径提出了更高的要求，还会加剧流体的渗透。

北美页岩气储层中，近50%的储层不能有效利用，29%的储层低效，21%的储层对储层的储层有21%的贡献。在整个穿孔过程中，有效穿孔聚类所占的比重在20%～40%之间。缝口暂堵压裂技术是封闭高流体流动通道，增大井底净压，强制不打开或打开度不够的聚集区打开，实现储层与储层的有效接触，进而提高储层的产能和采收率。

4.2 中途停泵压裂技术

在体积改造过程中，由于采用了滑溜水，大排量，低砂比的压裂方法，因此，裂纹的开始和扩展是一个复杂的网状裂纹形状，液体流动通道比较容易形成，在多次停泵之后，重新启动水泵并不是什么难事，同时裂隙的再起、再扩展比较容易，更容易转变方向，形成复合裂隙，效果较好。中途停泵可分为“加砂-停泵-加砂”和“加砂-暂堵-加砂”2种方式，加砂-暂堵-补砂是在实际应用中的一种方式。

“加砂-停泵-加砂”半停泵压裂法，即对现有的油层进行一次压裂，经过一段时间的停泵，再进行第二次压裂，在单层未完全完工之前，可进行多次停泵[3]。这种方法可以很好地运用缝间干涉原理来构造复杂的裂缝。若多次停泵、起泵导致已注水的油藏应力场发生变化（应力重新取向），则后续压裂所生成的裂缝与首次压裂所生成的裂缝不同，将在新的部位、新的方向上起裂，进而在原裂缝、诱发裂缝、天然裂缝、层理等因素的综合“作用”下，构成复合缝网，获得更佳的改造效果。当应力变化不大时，支撑剂能在一次压裂后所形成的砂桥上持续沉淀或扩展，从而大幅度提高支撑剂的导流能力，进而提高压裂效果。

4.3 分簇射孔压裂技术

分簇射孔是油藏开发中的一项重要技术，也是油藏开发中的一项重要技术，也是目前油藏开发中的主要技术。使用的是射孔枪和桥塞，使用的是一根管子或者一根缆绳，当工具下降到一定深度时，点燃桥塞，将其固定好，扔掉，抬起射孔枪，对着第一个射孔段点火，抬起射孔枪，对着第二个射孔段点火，如此反复，直到射孔的一段结束，才能进行碾压。通过对射孔量、孔隙密度、孔隙位置和孔簇数目的控制，可获得多个主缝，在主缝扩展过程中，支缝相互连通，形成复合缝网。

在分簇射孔压裂工艺中，每一束射孔束均为独立的破裂源，射孔方位角和应力集中等因素对人造裂隙的发育和形貌有不同的影响。这种方法利用了射孔的方位与最大主应力的方向在一定的夹角下，裂缝会发生翻转，用定向的射孔来控制裂缝的起裂方位，从而使裂缝发生翻转，从而形成横向分离，纵向重叠，相互独立的多条主裂缝，并以多个方向的人工裂缝为纽带，将更多的天然裂缝体系连接起来。其技术难点在于如何突破应力场对压裂裂纹方向的制约，并使裂纹转向。采用定向分簇射孔法可以一定程度上解决以上问题，但实际应用效果不佳。

5 石油开发中体积压裂技术的应用案例

某油田的储层深度为1700m，平均厚度为10.1m，岩心测定其渗透性为3.35×10-3μm，具有典型的低渗透性。因此，决定采用体积压裂工艺，以提高油藏的采收率和采油质量。

5.1 压裂效果

为了更好地了解体积压裂的改造效果，掌握裂隙分布规律，微裂矢量扫描四维图像裂纹监控技术的高效应用，监测的目标是2口测试井，监测得到的资料和结论确认：一口井有18个裂隙，另一口井有16个裂隙，裂隙的平均长度为312m，指数较传统方法更好。同时，通过对主裂面的观测，确定了在主裂面两侧已出现了二次裂隙，并与微观构造上的天然裂隙连通，基本达到了改造目的。

5.2 生产效果

在实验室进行的理论计算中，对静压力与位移之间的关联性进行了分析，根据以上优化的净压力得到的结论，应用排量为4.5m3/min，基本上可以达到破碎岩体和打开天然裂隙所需的净压要求。仿真结果表明，在增大注水体积的基础上，对支护裂缝的导水性能影响不大，但缝长度明显增大；随着位移逐渐增大，支承裂隙的导流状况也发生了很大变化，缝长逐渐增大，特别是缝高增大明显。采用体积压裂工艺的油井，经投产后，取得了较好的采油效果，达到了预期的采油目的。将采用体积压裂技术的多口井的静态信息和生产数据相结合，选择了多种计算方法，每一种计算方法都具有特殊的适用条件。计算结果和实际情况有很大的差别，如果综合考虑各种因素，那么生产效率将会有很大的提升。