油田压裂技术和压裂液的优化选择探讨

贺丽，慕江波(延长油田股份有限公司化验中心，陕西 延安 716005)

0 引言

根据国内油田存在的一些问题，如储油井深度低于高渗透钻井深度、压裂后储油效果差、压裂液不能有效吸收和彻底排除等，在采油过程中，这些潜在的问题可能导致油层受到严重污染，进而对该地区油田的工业生产能力造成不利影响。因此，油田迫切需要一种新型的压裂技术，以减少对油气层的伤害并解决低孔高渗实际状况。

1 压裂工艺简述

水力压裂技术是应用水力效应，使裂缝形成的一项措施，压裂工艺如图1所示。该技术是利用压裂车将高压、高粘度的液体大排量挤入储层。当多条裂缝被压出时，加入支撑剂，如石英砂，对裂缝进行填充，以实现注水量或出油量的增多，进一步提升储层的渗透率[1]。国内很多油田针对部分埋藏深、渗透率低、孔隙度较差的特点，开展了压裂作业，并获得了良好的实际应用效果。随即又研制成功了水基改性压裂液，大大降低了水基压裂液与压力泵之间的摩阻。

图1 压裂工艺图示

虽然水泵在压裂构件施工中的效率得到了进一步提高，但其施工配套技术还不成熟，压裂构件施工的技术成功率相对较低。随着先进的大型压裂装置及其生产设备的引进，压裂装置技术也逐步完善，由于各种压裂装置技术的不断创新，大型低渗油田的原油总产量大大提高。

2 压裂施工技术

2.1 避射处理技术

该检测技术最初在我国渤南油田被广泛应用[2]。通过对多口地下油井层间温度裂缝曲线、井温裂缝放射性曲线检测、井温裂缝曲线等技术特征数据的综合分析可见，在发现地下油井夹层的过程中，井温裂缝的变化比较显著，然而造缝却没有做到最佳。根据超声波断层探测对油井断层资料的采集和分析结果，层间裂缝中的泥岩土和油藏地质相对较弱，而埋藏在油藏裂缝中的泥岩土和油藏地质相对坚硬，因此，不仅会导致埋在层间裂隙中的泥岩形成明显的裂隙，而且由于埋在层间裂隙中的泥岩土和地质泥岩裂隙厚度较小，无法有效防止层间裂隙上下方向的裂隙扩展，使层间裂纹的厚度波动更为严重。为此，人们专门采用了一种层间压裂外力保护技术，即不需要强行将地下油层的上、下两部分避开十几米的射程，以防止地下层间被外力压裂破裂。

在选择技术时，首先要特别注意以下两个主要应用方面：在地下泥质储层岩性硬化强度较大的特殊条件下，泥岩夹层厚度间距较小，岩性强度相对不足，可充分利用地下泥岩储层顶底分离技术。如果钢筋混凝土泥岩顶层厚度较小，则不能有效地限制正韵律地下采动库土第一次压裂基础施工中上下裂缝厚度的波动。

2.2 前置液处理技术

预压裂液处理技术主要是在预压裂液正式注入前，采用常规盐酸注入，以消除井筒和近井筒内泥浆以及其他污染物的淤塞，减少地层承受压力与早期裂缝高度[3]。在施工时，需向井内倒入10～15 m3的HCl溶液，其可以使得压裂压力减少至30 MPa以下，有效保障了油田作业安全。对于一些井筒裂缝大、压力高的采油井，可考虑运用这种预酸处理方法对井筒进行油水事先处理。前置液的具体分类如图2所示。酸性混合物在正式油井压裂方法实施前可用于挤注或重新注入生产井筒，从而降低油井的压裂总压力。在工程后期，也可实现良好的油井通道的油水渗漏处理效果，并降低油田钻井作业的破裂压力。

图2 前置液的分类

2.3 限流压裂处理技术

该项目技术不仅可以实现对不同地下层液体流动通道数的直接影响和自动调节，而且可以直接在不同地下层之间形成相对不同的地下孔摩阻压差，利用最大排量泵用于径向注入压裂液[4]。早期压裂留下的下部地层将来可以直接进入，得到更多的压裂液。在某些情况下，还会直接进入，形成较大的井下摩阻，使进入地下储液区不能再进入，从而得到更多的水或压裂液，使更多的压裂液储存在其他较低的地层中进行排液，使多个地下储液区一次直接压裂。

2.4 整体压裂改造技术

这种长期采用单井或单井复合压裂生产工艺无法产生良好规模压裂生产效益。随着我国地表压力应力裂缝监测技术和裂缝压缩监测技术的不断完善，对产油产水区块及其整体相关地质地貌结构特征及其整体相关地质参数的分析和认识越来越深入，小规模压力监测单元的成功研制，使裂缝压裂技术不断完善，从而提升低密度高渗透大型油田采水区块施工成果。

3 压裂液的研究

3.1 普通田菁压裂液的选用

这种新型含砂压裂液已在国内许多大型油田大量应用，并在相对低的工作温度下使用显现出良好的耐磨黏度，能够使得摩擦阻力变小[5]，运行成本较低，还能开展当地现场设备进行制砂。压裂液与浅层硼砂油井直接自动交联后，对工作温度的自动控制能力相对较弱，只可在一些工作温度较低或低于80 ℃的浅层硼砂油井条件下使用。 然而，用有机氧化锆金属溶液直接加热交联，可直接使其耐150 ℃， 可广泛应用于大型深井地下压裂工程。然而，这类压裂液增加了对地下储料层和腐蚀破坏。

3.2 羟丙基田菁压裂液的选用

普通油气田菁压裂液储存在土壤储层中，土壤中特殊杂质残留的水基物质量较大，对地下水和油气田储集区及储层的环境危害较为严重。通过对田菁压裂液性能的改进，可以研制出一种新型水基田菁压裂液，它能在一定的环境条件下，将普通田菁压裂液中的半乳菁甘露聚糖与聚羟丙基田菁形成的多元醇和甲醚化合物反应，制备了一种新型聚羟丙基田菁压裂液。因此，压裂液中使用的有机交联剂的主要成分是有机硅、二氧化钛和有机硼砂，它能承受146 ℃的高温，同时具备良好的硼砂承载能力和较低的摩擦阻力。

3.3 羟丙基胍胶压裂液

目前，压裂材料施工中最常用的压裂方法之一是以羟丙基脲瓜尔胶原粉为原料制备压裂液。胍胶片和原粉需要进口，通过国内先进的原料加工技术设备和生产工艺对原料进行加工、改性和破碎，胍胶渣占原料总含量的比例减少至2%。处理后的羟丙基瓜尔胶生粉粘度与国外瓜尔胶生粉相近。通过对该交联剂复配物的不断研究和深入研究，成功研制出一种有机羟丙基复配瓜尔胶塑料压裂液，广泛应用于不同工作环境和不同温度地区。它能与有机硅、硼等复合材料实现双元素交联，能有效提高塑料的耐高温和不降解耐腐蚀性能，具有松散塑料排水带良好的携砂排水性能，而且经过破碎、涂胶后的固体废水较为完整，可同时达到较高的废水回收率，不会对地下水和油气原料储存区的储层结构造成太大的破坏。

3.4 油基型压裂液的选用

油基型压裂液在地下油气藏保护体系中起着重要作用，十分适合于水敏性地下油气藏和低压油气藏的压裂工作。国内外曾多次开展压裂试验，并使得压裂达到增产目的。

3.5 压裂液添加剂的选用

由于每种压裂液的合成和理化性质不同，需要添加一些添加剂。例如，常用的交联剂主要是有机硼、硼砂和无机二氧化钛。杀菌剂多为甲醛，降滤失剂为液氮或柴油，化学药剂为硫酸铵，充分利用氯化钾代替泥浆等化学物质，用浓度约为2%的石灰钠除去后运到井内。应选用何种外加剂，这是由于地下储层的要求和工艺条件所造成的，严重影响了压裂浇筑的施工效果。

4 结语

总之，针对多项断裂压后逆向压液排水开采工艺等而成所具有的技术经济性、安全性等技术优势问题进行了深入而有系统的技术研究和应用分析。通过结合我国油田之中的一些关键问题特点进行具体实施对策分析，形成了有效改善油田低孔、高渗和低压的关键问题，有效解决油田环境污染的主要实施对策，油田勘探加工井段的废气压裂技术工艺设备加快技术生产则使得工艺效率有所提升，事故率的发生率约平均为0，工艺成功的生产比重甚至可以直接达到满点，从而为油田施工工程带来了十分可观的经济效益和社会效益。