覆膜砂压裂技术在油气开发中的应用及效果分析

文良凡 邓静静

1.中国石油技术开发公司 钻探装备部 （北京 100028）

2.大庆油田有限责任公司 第七采油厂第二油矿711队 （黑龙江 大庆 163517）

石英砂水力压裂作为油气井增产的主要措施，已被广泛应用于油气田开发。其目的在于将汇集于井筒中的径向流变成与井筒相连通的导流裂缝中的线性流，达到改善地层渗透率，减小地层中油气运移阻力，提高地层中原油渗透率的目的。支撑剂是在压裂过程中随着压裂液一起挤入地层，当停止泵注后，井底压力下降到小于闭合压力时，支撑剂支撑裂缝，形成导流通道，具有一定强度的固体颗粒。在水力压裂过程中，压裂支撑剂的选择是关系压裂成败和决定压后增产及影响措施有效期的关键因素[1-3]。

1 国内支撑剂现状

传统的支撑剂主要有石英砂、陶粒两大类。压裂支撑剂工作在地层深部，因此支撑剂必须具备以下特点：强度高，抗破碎能力强；密度低，便于施工泵送；化学性能稳定，在地层中耐腐蚀、耐高温；圆球度好，使所形成的裂缝具有较高的导流能力。石英砂密度低，便于泵送，且价格低廉容易得到，但其圆球度差，表面光洁度低，易破碎，仅适合于浅井、低闭合油气层的水力压裂。陶粒强度高，抗破碎能力强，圆球度好，形成的裂缝具有较强导流能力，但相对密度大，施工中要求携砂液密度较高，能量消耗极大，且价格昂贵。除此之外，这2种支撑剂还有一些不可克服的缺点：当地层闭合压力高时，它们均会嵌入地层，堵塞裂缝，破坏裂缝的导流能力；在油气井投人生产时容易发生支撑剂吐出或裂缝排空现象，导致压裂措施达不到预期效果。

近10年来针对石英砂的缺点研制出了一种新型支撑剂树脂包层砂，即在石英砂表面包裹一层改性苯酚甲醛树脂，并经热固处理而制成的支撑剂。树脂包层砂的密度比石英砂轻，该支撑剂形成的裂缝具有较高的导流能力[4]。但由于树脂包层砂的破碎率随着闭合压力的增高而变大，使得裂缝宽度受到树脂膜的弹性变形，颗粒的压碎和重新排列的影响而变窄，影响生成裂缝的孔隙度和渗透率，因而树脂包层砂支撑剂在现场应用推广时受到一定的限制。

2 覆膜砂支撑剂特点

覆膜砂支撑剂沿袭树脂包层砂支撑剂技术，是近年来研制出的一种新型支撑剂。覆膜技术的关键在于选择合适的改性环氧树脂和固化剂。环氧树脂种类繁多，根据支撑剂包胶的要求，所用的环氧树脂常温应为固态，软化点在80℃以上，避免支撑剂颗粒储存时发生粘连。包覆的环氧树脂必须具有一定的水乳性，在地层中作用时遇水可乳化粘连到一起，有效阻止支撑剂分散流失以及嵌入地层。固化剂是热固型树脂必不可少的化学反应助剂，按固化剂固化温度可分为低温、快速固化剂，常温固化剂，中温固化剂，高温固化剂和潜伏型固化剂。包胶支撑剂常温贮存时应稳定，且能在井下水中固化，所以只能选择中温固化的潜伏型固化剂。通过加热原砂，在其中加入热塑型环氧树脂并搅拌均匀，降温加入潜伏型固化剂，加入润滑剂硬脂酸钙搅拌均匀，冷却混合物，破碎，过筛，即可制得覆膜砂支撑剂。

覆膜砂支撑剂克服传统石英砂强度低的缺点。传统石英砂在闭合压力大于40MPa时，即发生破碎变形，在高压下产生的碎砂堵塞孔道，嵌入地层，阻碍流体在地层中的流动，而通过对覆膜石英砂进行压裂模拟实验，发现在闭合压力达到80MPa时，覆膜砂铺垫层仍然保持着相当大的孔隙，导流能力良好，其抗破碎能力可以与普通陶粒支撑剂媲美。覆膜砂支撑剂进入地层裂缝后，其所包覆的人工高分子膜在地层温度或活化剂作用下发生固化反应，使每粒砂子均有一层均匀坚韧的外壳，而且沙粒之间因聚合作用而嵌合在一起，使原来砂粒间点与点接触变成面与面接触，分散沙粒上负荷，从而提高其抗破碎能力。砂粒嵌合在一起，能有效阻止沙粒运移，防止支撑剂回吐，并减少支撑剂嵌入地层降低裂缝导流能力的现象。覆膜石英砂同时具有密度低，容易泵送，耐腐蚀，耐高温的特点，此外还能起到透油阻水的功效。通过一系列工艺技术改变覆膜石英砂包覆层分子结构使其在地层中固化后具有亲油憎水的特性。当地层油水混合液遇到覆膜砂固化形成的裂缝时，由于该支撑剂亲油憎水的特性能有效地将水阻挡在孔隙外而让油流通过，达到降低原油含水率，提高原油采收率的目的。

3 覆膜砂压裂技术的应用

覆膜砂压裂即在水力压裂过程中应用覆膜石英砂为支撑剂的压裂。在2010年4月对葡71-76井进行覆膜砂压裂。从葡71-76井压裂前后油井动态数据分析可得选用覆膜砂支撑剂实施压裂增油增产效果显著。

3.1 葡71-76井基本概况

（1）葡71-76井开采历程：葡71-76井于 1988年5月投产，投产初期共射开7个小层，射开砂岩厚度6.7m，有效厚度5.0m。1992年对该井补孔，补射葡Ⅰ6层，射开砂岩厚度4.1m，有效厚度4.1m。其中葡Ⅰ6层、葡Ⅰ9层为该井主力油层，葡Ⅰ6层与水井葡71-75、葡70-76连通，葡Ⅰ9层与葡72-G76井单向连通。

（2）葡71-76井潜力分析：通过分析相关数据，葡71-76井区剩余油富集，挖掘潜力较大，为进一步挖掘其剩余油，必须采取相关措施解除油层污染和堵塞，沟通好原有油层的裂缝和通道，降低该井含水率，配合周边水井，进一步提升其产油量。

3.2 压前培养及压裂层段确定

（1）压前培养：2009年12月对葡71-75注水井进行方案调整，将葡Ⅰ6层配注由10m3/d提高到30m3/d，实注由11m3/d提高到32m3/d。2010年3月对注水井葡72-G76进行表活剂解堵，全井日注水量由18m3增加到34m3。

（2）确定压裂层段：葡71-76井属于多油层开采的采油井，对其采用分层压裂的方法。通过产出剖面测试显示葡Ⅰ6、葡Ⅰ9层为该井的主力油层，但含水率高达98.2%，进入高含水阶段，为实现油井增产，必须探索高含水层，做好降低主力油层含水率的工作，因此确定压裂层段为葡Ⅰ6、葡Ⅰ9层。

3.3 压裂以及效果对比

2010年4月19日，葡71-76油井进行覆膜砂压裂。压裂前后生产数据对比图显示该井通过压裂日产液由18.4t/d上升到34.5t/d，日产油由2t/d上升到6.2t/d，综合含水率下降到74.91%，较好地实现控水增油，达到油井增产的目的，压裂增产效果显著（图 1）。

3.4 压后跟踪措施

图1 压裂前后产液量产油量变化趋势图

（1）油井参数调整：在压裂后连续跟踪该井功图液面，发现压裂后沉没度一直都在700m以上，沉没度较高。2010年5月份对该井进行调冲次，由7.5次/min调到9次/min，调后该井液面一直稳定在400m左右，产量稳定。

（2）注水方案调整：从压裂前后环空找水测试结果看到，压裂措施4个月后，葡Ⅰ9层虽然含水下降，但产液量也由8.1t下降至6.1t，措施递减较快。因此对相连通水井注水方案进行调整。2010年8月23日对与葡Ⅰ9层连通的水井葡72-G76井进行注水调整，将葡Ⅰ9层段注水量由10m3上调至20m3。调后葡Ⅰ9层产液8.8t，且葡Ⅰ6、葡Ⅰ9产液含水率均降至86%，达到较好增产效果。

（3）完善注采关系：为完善注采关系，做好压后跟踪，葡70-76老油井于2011年7月转注，使葡71-76压裂井新增水驱方向5个，新增水驱厚度8.4m,具有较强的供液能力。

4 结论

覆膜石英砂通过在传统的支撑剂外部人工包覆一层高分子材料而使其具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐高温以及亲油憎水的特性。因该材料亲油不亲水的性质使其在地层中形成的孔隙产生的毛细管力只允许油通过而将水阻挡在孔隙外，实现透油阻水的目的，使压裂后的油井产液量提高的同时含水率大幅度降低。覆膜石英砂作为新型支撑剂的一种，在措施过程中既能保证压裂效果，又能延长措施有效期，对于低渗油田开采及油田开发中后期的持续稳产、高产意义重大。压裂工艺中，支撑剂的合理选择已然重要，但要想达到预期增产增油效果，压前培养和压后跟踪工作不可忽视。压前培养能合理调整地层压力，为压后增产提供适宜条件；压后跟踪则能及时发现问题，并对相关问题及时进行跟踪治理，从而保证压裂效果，延长压裂措施有效期，使压裂增产措施得到进一步强化。

[1]刘让杰,张建涛,银本才,等.水力压裂支撑剂现状及展望[J].钻采工艺,2003,26（4）:31-34.

[2]左涟漪,马久岸.新型树脂涂层支撑剂[J].石油钻采工艺,1994,16（3）:77-83.

[3]贾新勇.我国支撑剂的发展与现状[J].企业技术开发,2011,30（19）:105-106.

[4]高旺来,接金立,张为民,等.一种树脂覆膜砂支撑剂的研究及现场应用[J].油田化学,2006,23（1）:39-40.