低渗透油田压裂技术及发展趋势探讨

程玉银

（大庆采油七厂敖包塔作业区地质队，黑龙江 大庆 163517）

前言

目前，世界范围内低渗透油田资源十分丰富，分布非常广泛。随着能源需求的日益增加和勘探技术的不断发展，低渗透油田所起的作用、所占的比重将越来越大。

低渗透油田最基本的特点就是流体渗透能力差、产能低，一般需要进行增产改造才能维持正常生产。储层改造可以解除、弱化钻井、完井及生产作业造成的伤害，但改造措施本身也可能造成储层伤害。如何减小储层伤害，提高低渗透油田开发效果，是增产改造技术的重要发展方向。

1 压裂的概念

所谓压裂就是利用水力作用，使油层形成裂缝的一种方法，又称油层水力压裂。油层压裂工艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂（如石英砂等）充填进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加注水量（注水井）或产油量（油井）。常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液5种基本类型。

2 压裂改造技术分析

压裂改造技术是低渗透油田试油配套技术的核心组成部分，也是提高单井产量和增加可采储量的关键技术，在低渗、特低渗油田的开发中具有极其重要地位。

2.1 开发压裂技术

低渗透油藏开发压裂技术是在整体优化压裂基础上进一步拓展形成的。它以油藏工程与水力压裂力学为基础，以油藏数值模拟与压裂裂缝模拟为基本手段，针对油藏特征进行地质建模与水力裂缝建模，在开发方案编制初期就考虑就地应力方位与水力裂缝的匹配关系，优化组合开发井网与水力裂缝系统，提出低渗透油田获得最佳开发效果的井网部署、水力裂缝系统设置及实现水力压裂的实施方案。开发压裂技术集成了近期国内外水力压裂与油藏工程发展的重要研究成果，为低渗透油藏的储量动用与经济高效开发提供了新的途径和手段。

2.2 整体优化压裂技术

低渗透油藏整体优化压裂技术是在单井优化压裂设计技术的基础上，融合系统工程及最优化理论而提出的。它把整个油藏（区块）作为一个研究单元，以其获得最佳的开发效果为目标，在对油藏各参数进行覆盖研究的基础上，考虑既定井网条件下不同裂缝长度、导流能力对油井产量、油藏开发动态、采收率和经济效益的影响，从中优化出最佳的裂缝尺寸和导流能力，并进行现场实施与评估研究，以不断完善整体优化压裂方案。整体优化压裂技术研究的内容包括：室内试验、裂缝模拟、油藏数值模拟、试井分析、现场测试、质量控制和现场实施与监测等。

目前，整体优化压裂技术已成为低渗透油田一项比较成熟的压裂工艺技术，在国内外油田得到推广应用。

2.3 低伤害压裂技术

低伤害压裂技术是近年来随低伤害或无伤害压裂材料的发展而建立起来的压裂工艺集成技术，在低渗透油田的增产改造中应用非常广泛。低伤害压裂技术的实质就是从压裂设计、压裂施工，到压后管理等各环节，采取措施最大限度地减小支撑裂缝、储层的伤害，获得最优化的支撑缝长和裂缝导流能力。它的核心内容是低伤害或无伤害的压裂材料、压裂液体系的开发。其技术要点有：(1)储层伤害和裂缝伤害的定量模拟和实验技术；(2)低伤害或无伤害压裂液技术，如低稠化剂浓度压裂液、低分子量压裂液、清洁压裂液、CO2泡沫压裂液等；(3)工艺优化技术，如支撑剂分布优化技术（如前置液量优化、顶替液量优化、压后返排策略优化等）、压裂液分段破胶优化技术等。目前应用较为成熟的低伤害压裂技术有：液氮助排压裂技术；清洁压裂液压裂技术；CO2泡沫压裂技术；清水压裂技术；低稠化剂浓度压裂技术等。

2.4 重复压裂技术

水力压裂技术是低渗透油藏改造的主要措施，但经过水力压裂后的油气井，在生产过程中由于种种原因可能导致水力裂缝失效。对这类油井很自然就会采取重复压裂措施以保证油藏稳产增产、提高油田采收率。国内外常用的重复压裂技术有：(1)疏通、延伸原有裂缝。采用加大压裂规模继续延伸原有裂缝，或者提高砂量以增加裂缝导流能力。这是目前最通常的重复压裂概念。为了获得较长的增产有效期，必须优化设计重复压裂规模（液量、砂量）。(2)堵老缝压新缝。采用一种封堵剂有选择性地进入并有效封堵原有压裂裂缝和射孔孔眼，再在新孔眼中进行压裂开新缝或部分封堵老裂缝，在老裂缝缝面再开新裂缝，从而为侧向油储量提供通道。重复压裂技术经过50多年的发展，在储层评估、选井选层新技术、压裂液、压裂井动态预测、重复压裂裂缝转向机理、重复压裂优化设计与工艺技术研究、裂缝诊断与效果评价等方面均取得了飞速的发展。特别是最近二十年来，随着压裂技术的不断发展，重复压裂技术在选井选层、裂缝转向、定向射孔、转向条件下的油藏模拟技术方面有了进一步的完善和发展，重复压裂的单项技术有了很大进展，已成为老油田综合治理、控水稳油的关键改造技术。

2.5 高能气体压裂技术

高能气体压裂通过推进剂爆燃或化学燃烧，产生高速、高压气体脉冲，由炮眼作用于地层岩石上，压开多条不受地应力控制的辐射状径向裂缝。高能气体压裂不仅穿透近井地带污染区，使油层导流能力大大提高，而且增加了沟通天然裂缝的机会。另外，高能气体压裂产生的压力高于静态破裂压力，超出岩层的屈服极限而产生一些不可恢复的塑性变形，这种塑性变形使裂缝在闭合后能保持一定的残余缝宽。同时，高能气体压裂破坏裂缝表面的晶粒结构，形成部分岩石碎屑，这些碎屑在裂缝中起到支撑作用。高能气体压裂过程中火药燃烧释放出大量的热能将井内液体汽化，通过炮眼将热量传递给地层，使其温度升高，有效地清除井筒附近结蜡及沥青胶质堵塞。同时，高能气体压裂动态过程中，压力变化是脉冲式的逐渐衰减过程，在井筒附近形成较强的水力冲击波，对油层的机械杂质堵塞起到一定的解堵作用。因此，通过高能气体压裂，可提高低渗透油层的导流能力，解除近井地带污染，达到增产、增注的目的。高能气体压裂技术无需大型压裂设备、压裂液及支撑剂，具有施工作业方便快速、对地层伤害小（甚至无伤害）、作业费用低等优点，适用于：天然裂缝发育的油层；污染或堵塞严重的油层；坚硬致密的油层；水敏、酸敏及碳酸盐岩油层；其他增产措施的预处理及综合压裂；有些井隔层太薄，担心水力压裂压窜，可采用高能气体压裂。高能气体压裂技术在低渗透油藏增产改造中发挥出一定的作用，但由于压裂作业时峰值压力高，易造成套管损坏等问题，目前大规模推广应用受到限制。

3 压裂技术的发展趋势

目前，世界上应用比较多、比较先进的压裂工艺有重复压裂、分层压裂、复合压裂和二氧化碳泡沫压裂。 近10来年，各国油田对水平井压裂技术在投入了很大研发精力后取得了进展，压裂技术向水平井发展是一个趋势，而水平井压裂对软件的设计要求则更为精确。

根据各个油层地质性质和力学性质的不同，应用Notel-Smith曲线形成压裂压力解释的模式，就可以对多层的压裂描述得更准确，建立起全三维模型。有了这样一个更复杂、更精确的工具软件，就可以对压裂难度很大的井，特别是水平井进行压裂设计优化，能更好地指导压裂施工，并提高压裂成功率。

压裂不仅仅是提高产量的技术手段，它还是提高石油采收率的一个重要措施。世界上很多油田从开发设计时，将压裂作为一种更好的油田开发和采油手段。压裂技术正在逐步使油田开发走向一个新的阶段。

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