油气增产技术现状及发展方向分析

王志超，谢小敏，王心竹

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2.油气地球化学与环境湖北省重点实验室，油气资源与勘探技术教育部重点实验室，长江大学资源与环境学院，湖北武汉 430102）

目前，我国的原油对外依赖度已经达到百分之七十以上，而且随着我国的快速发展，石油产量已经越来越满足不了我国的石油需求。国内近些年在非常规方面大力投入，但新发现的储量大的油田很少，且距离真正实施开采还有一段距离。因此，当务之急是要让现有油田实现油气增产。与国外相比，无论是地质导向工具、旋转导向钻井系统、随钻测量系统、新型钻井液、完井工具等先进技术的开发与应用，还是眼轨道优化设计、井下摩阻分析、井眼轨迹控制和完井技术等专项技术方面都有一定的差距。所以，我国的油气增产之路任重而道远。本文通过对目前国内油气增产的各种技术进行了综合分析，探讨不同技术在油气增产方面的优劣，为后续研究人员就该技术的应用与研发提供一个全面的技术基础把控。

1 物理增产技术

物理技术主要采用物理方法进行油气增产，包括压裂技术、电脉冲技术、超声振动+高压放电技术等技术。现将这类技术进行详细介绍如下：

1.1 压裂技术

油气增产，特别在致密油藏，压裂技术一直是不可回避的课题。其中水平井分段压裂技术是今后低渗透油气增产的主要方向，相智文等[1]建立了水平井分段压裂的有限元模型，并进行了模拟研究，给出了压裂前后井筒直径变化和应力分布的变化情况，对压裂工程设计具有很高的参考价值。

同样是针对低渗油藏，申贝贝等[2]针对低渗透储层，在开孔管外封隔器分段压裂的基础上，采用高强度水溶性暂堵剂封堵压裂早期形成的裂缝，使其不断憋压而在段内发生多次起裂并延伸，形成多条新的裂缝，实现了水平井封隔段多裂缝压裂工艺。这样，通过先封堵早期裂缝，然后用高压对新的裂缝进行压裂，可以在裸眼水平井封隔器的各段实现多条裂缝，从而减少封隔器的数目、压裂滑套的数目和坐封球的差序数目，不仅可以降低成本，增加效益，而且可以增加压裂体积（裂缝数目），提高压裂效果。重复压裂也是提高油气产量的重要途径之一。杜卫平[3]对重复压裂机理进行了研究，通过对井筒周围地应力场的分析，提出了影响裂缝形态的主要因素，找出了垂直裂缝和水平裂缝不同的力学机理，建立了地应力场计算模型，并结合渗流力学理论建立了地层和裂缝的数学模型，为重复压裂改造油田提供了理论依据。

卢祥国等[4]针对三维延伸裂缝、全悬浮携砂液缝内砂堤分布特征，也提出了一种模型-垂直裂缝增产倍比预测模型，并利用数值计算方法对其进行了求解。该方法适用于垂直裂缝全悬浮压裂液压裂施工时的效果预测，与电模拟方法比较结果表明，该方法具有较高的预测精度，对于模拟压裂增产有重要作用。另外林英松等[5]提出，射孔、高能气体压裂和“层内”爆破联作是低渗透油藏改造的最佳方案之一，让油田引进100 多年的爆破技术有了新的发展。

在《2018 年国际石油十大科技进展》中，“长水平井+超级压裂”技术赫然在列，将“长水平井+超级压裂”技术进行集成配套并整体部署，切实发挥技术组合的综合威力，起到“1+1＞2”的协同效应，对油气增产技术的发展有很大的推动作用[6]。

1.2 电脉冲方法

常规水力压裂耗水太多，且容易破坏油层，不利于油气增产，所以徐旭哲等[7]研制了一种低能耗、低伤害、用于油气藏增产增注的深井电脉冲压裂装置，采用同轴型的高压金属化薄膜电容器可很好地适应井下金属筒结构；高压变压器采用原边并联，副边整流后串联的方案也可以大大减小变压器和整流器的尺寸，更好地适应深井需求。采用自触发放电开关，可连续工作2 000 次以上，能较好地满足1～2 次的使用要求。

同样是运用电脉冲技术，刘毅等[8]为解决大部分油田尤其是老油田存在因污染堵塞而减产的问题，提出了不同于传统的化学解堵和压裂解堵的方法-水中脉冲激波对模拟岩层破碎的方法，该方法通过在井下油层段产生强力的液电脉冲激波，解除油田射孔堵塞，增加岩层裂缝，促进油的渗透，实现增产，较传统的解堵方法而言，不存在环境污染问题，同时安全高效，工艺简单，操作时间短，实际应用效果好。

1.3 超声振动+高压放电技术

同样是为清除储层的堵塞物，恢复和提高石油天然气产层的渗透性能，楚泽涵等[9]提出了超声振动和高压放电技术的方法，该方法主要是对储集层进行空化清洗、增温降黏和对乳化的石油破乳（超声频段），以及通过振动增加储集层的渗透率和补充储集层能量。该方法具有成本低、见效快、无污染、操作简单等优点，可与其他方法结合使用，特别适用于初次见水或低含水生产井。

1.4 可控负压射孔技术

关于可控负压技术，唐玉成等[10]以及许正恩[11]先后做了深入的研究，可控负压射孔技术弥补了正压射孔技术在地层接近零压力条件下射开的不足，从而提高了负压差值，有利于清理地层污染，改善油气生产环境循环，提高空气循环效率。控制负压射孔技术对油气井具有良好的增产效果。

1.5 水射流破岩钻径向水平微小井眼技术

目前，各种单射流不能同时打大孔和深孔。为此，廖华林等[12]设计了一种兼有直接射流和旋转射流优点的直接旋转混合射流钻头，随着围压的增加，射流的破岩能力下降，为径向侧钻微小井眼射流钻头的设计提供了方案。

虽然压裂技术存在诸多弊端，但是其依然是低渗油藏增产的主要物理方法之一，其主要方向应该是改进工艺，推进水平井压裂的研究，避免或减少对储层的破坏以及防止污染环境，而且其可与其他方法结合，以此获得更加理想的效果。另外电脉冲方法作为更加安全高效，工艺更加简单的方法目前已经展示出它在油气增产方面的潜力，但是目前发展还不成熟，存在问题较多，需要进一步研究和完善。另外，改善油气在开采环境中的流通是油气增产的重要途径之一，超声振动+高压放电技术相对于压裂优势明显，可控负压射孔技术前景广阔。

2 化学增产技术

2.1 化学解堵方法促进油气增产

在化学增产技术中，有很大一部分是针对压裂之后如何解堵来增产的方法。熊兆军等[13]提出了一种柴油处理技术。该技术在压裂、防砂、增产措施中的应用，可以起到解堵、降黏、清洁开采的作用，从而有效地保护油气层，在低渗透、高含蜡油藏的压裂施工中，以及高孔高渗稠油油藏的压裂防砂中是非常有效的。奎智斌等[14]分析了生物酶解堵技术的现状及发展前景，该技术在解决出砂稠油井堵塞严重、高分子聚合物引起的储层伤害、复合垢引起的储层堵塞、非均质地层解堵效果不佳等问题上效果明显，但是生物酶解堵技术普遍存在成本较高、对环境适应能力较差、应用范围较小等问题，解堵效果也有很多的提升空间，因此需要结合实际进一步改进。

李兆敏等[15-17]、陈月飞等[18]的科技成果《氮气泡沫油气增产作业关键技术及工业化应用》，其中几项发明水平井泡沫酸洗、泡沫负压混排解堵、疏松砂岩油藏置换防砂、泡沫控制油井底水锥进等方法，创建了氮气泡沫油气增产作业技术体系，有效解决了非均质地层和长井段的均匀布酸、疏松砂岩油藏的长效解堵及储层改造、边底水锥进过快引起油井暴性水淹、低压井漏失污染的技术难题。

2.2 压裂废液的处理方法探索

压裂废液的处理同样是影响储层性能好坏，以致于影响油气增产的重要因素之一。祖帕尔·卡斯木[19]探索了国内处理压裂废液的六项新方法：“五步法”、“六步法”、生物法、纳米光化技术、电絮凝、超临界水氧化法，这六种方法各有利弊且发展程度也有不同，但是六种方法都非常符合国家现在对于环保的要求，值得进一步研究和发展。

2.3 防止储层损害的有效措施

在开发过程中，防止储层损害比修复受损储层更为有效。酸化和水力压裂是广泛应用的油气增产措施，但是，由于工作液与储层岩石及储层流体的不配伍，会出现水敏性黏土矿物膨胀和微粒堵塞孔喉等现象，影响出油效果，李甫等[20]经过分析提出了防治方法：（1）选用与储层岩石和流体相配伍的酸液体系；（2）使用前置液；（3）使用适当的酸浓度；（4）优化设计，确定最适合的施工参数；（5）加强施工，质量控制，另外还应继续发展新技术、新工艺，将储层的损害程度降至最低，这样才能有效促进油气增产。

2.4 VES 的改进成果

杨江等研制出一套针对传统黏弹性表面活性剂（VES）压裂液的缺点，系统研究了VES 压裂液的改性理论和压裂液返排废水重新利用技术，设计合成了系列环保型低伤害黏弹性表面活性剂，建立了一系列模型理论，对于低渗透致密油气藏增产有很大帮助。

2.5 微支撑剂、纳米材料以及纳米乳液在油气增产方面的发展

微支撑剂对压裂工艺过程有重要作用。与人工主裂缝相比，微裂缝具有数量多、裂缝宽度小、走向复杂等特点。常规支撑剂很难形成有效支撑，所以如何提高微裂缝的导流能力是进一步提高致密油气开采能力的关键所在。李奔等[21]提出了微支撑剂提高致密油气产量的内在机理。根据我国致密油气藏的孔隙规模，结合基质的微裂缝开度和孔隙大小，确定了微支撑剂的选择原则。

另外，纳米材料作为目前很火的一项技术在油气增产中同样潜力巨大，牟绍艳等[22]分析了纳米材料在石油勘探开发领域的应用，其中在油气增产领域，纳米材料作为添加剂可以显著提高压裂液性能，在保护地层的情况下实现原油的有效开采，并能显著减少压裂液滤失量，提高经济和环境效益。此外，稀释微乳液（纳米乳液）作为储层改造添加剂在实验室已取得一定进展，主要用于压裂排水助排、气井增产、酸化、防垢和除蜡等领域。该纳米乳液浓度低，处理效果明显，经济效益好，具有良好的开发前景。然而，微乳液体系的现场应用受到很大的限制，由于表面活性剂的存在，大多数微乳液体系不能进一步推广应用。因此，开展高效、低成本环保型微乳油田增产辅助剂及其增产机理的研究，将是油气田增产辅助剂的研究方向之一[23]。

化学增产方向，解决压裂之后的储层破坏占了很大一部分，目前我国石油的产量还是主要依赖于一些“老油田”，而这些油田普遍存在储层破坏的问题，所以说，如何解决储层的破坏问题已然是重中之重。另外纳米技术展示了它在油气增产方面的潜力，但是受制于发展水平依然没有达到要求，纳米技术完全应用于油气增产还有一段距离。

3 结论

目前物理增产技术和部分化学增产主要针对与开发过程中如何做到增产，大部分化学技术聚焦于修复目前已经开发的油田储层的堵塞以及破坏，要想真正做到让油田合理的增产，那么做好开采前和过程中对储层的保护是物理增产技术以及部分化学增产技术应用的前提；另外目前我国老油田占大多数，所以说储层修复技术的发展也至关重要，如何让老油田焕发“第二春”也是提高我国石油产量的关键。另外，纳米技术在油气增产方面显示出了远大前景，虽然目前研究远远未达到预期，但未来潜力非常巨大，值得深入研究。