低渗油气藏“遭遇”压裂尖兵
2005-7-14中国石油网
    压裂技术是开发低渗透油气藏的有效武器。但作为一种进攻性措施,它也产生了一些问题。中原油田经过多年探索实践,不仅形成了包括重复压裂、复合压裂等新型压裂技术在内的压裂工艺体系,而且还在减少压裂的负面作用方面进行了深入研究。
    压裂改造作为油气生产中一项进攻性措施,在增油方面与其他技术相比,有着明显优势。中原油田勘探开发的主战场———东濮凹陷是一个典型的深层、低渗油气藏,许多油气层,不经过压裂改造,就无法达到预期开发效果。近年来,随着开发对象由一类储层向二、三类储层转移,压裂改造技术逐渐成为该油田措施增油的主要手段。
    目前,中原油田的重复压裂、复合压裂、分层压裂和二氧化碳泡沫压裂等技术,在国内都处于领先水平。同时,该油田的压裂设备,在国内各大油田中也是数一数二。可以说,压裂改造技术,已经成为中原油田勘探开发的“助推器”。
    压裂改造技术是一个完整的体系,就像人不仅要有四肢,而且要有血液、心脏、大脑等器官一样,压裂改造技术也有四个不可分割的组成部分:设备、压裂液、支撑剂和压裂工艺。
    设备:“大手”有力好干活
    作为压裂的载体,一套配套完善的设备,主要包括压裂泵车、混砂车、管汇车和仪表车等。
    中原油田的压裂设备主要是从美国的哈里巴顿公司引进。2000年以前,油田主要进行一些常规压裂,对设备要求不是很高,用的是哈里巴顿1000型和1800型的设备。随着开发的不断深入和开发难度的不断加大,油田开发不仅需要压裂设备能在高温、高压、大排量下进行压裂改造,还要能够从事造长缝、大规模的压裂。为此,2001年,油田引进了当时具有世界先进水平的哈里巴顿2000型设备。
    2003年,随着二氧化碳泡沫压裂技术的成熟,中原油田又从美国的“SS”公司引进了一套二氧化碳泡沫压裂设备。2003年,应用该设备在3口井上实施了二氧化碳泡沫压裂,均取得了成功。
    压裂液:“血液”畅通,“生命力”旺盛
    压裂液是压裂的“血液”。它相当于钻井的泥浆,对压裂施工意义重大。一方面,压裂车把压裂液打入地层,压裂液在地层中造出一道长缝,为油气运移打开一条通道;另一方面,支撑剂也是通过压裂液携带进入地层。可以说,只有压裂液性能提高了,压裂改造才会有旺盛的“生命力”。
    由于压裂液是一种化学物质,或多或少都对地层存在伤害,因此,耐高温和低伤害成为衡量压裂液好坏的标准。目前,中原油田使用的压裂液主要是有机硼压裂液,该压裂液属于水基压裂液范畴,主要成分是胍胶和有机硼。其造裂缝能力、携带支撑剂能力都比较强。同时,它还能够适应170摄氏度以下的高温。不过,由于胍胶有不溶解于水的成分,这种压裂液也容易对地层造成一定的伤害。
    为最大限度地减少这种伤害,中原油田目前采取的办法是在该压裂液里加一些添加剂,通过快排工艺的改进,降低伤害程度。同时,该油田也正在开展油基压裂液和清洁压裂液研究。
    支撑剂:“骨架”硬,“身”稳定
    压裂液给地层造出一个裂缝,为油气的运移打开通道,但是,在地层闭合压力条件下,这个裂缝可能又会慢慢闭合,阻挡油气运移。什么东西能够避免这种情况发生呢?这就是支撑剂。支撑剂随压裂液进入地层,在压裂液造缝后停留在长缝里,阻挡裂缝闭合,形成一个高导流能力的支撑带,保证油气成功运移。从这个意义上讲,支撑剂相当压裂的“骨架”。
    由支撑剂的工作原理和环境可以知道对其性能的要求。由于支撑剂需要停留在几千米的地下,因此,耐温性要比较好。同时,由于地层闭合压力大,支撑剂要有足够的抗压能力,密度要小,致密性要强。只有这样,支撑剂在强大的地层闭合压力作用下才不会破碎。
    目前,中原油田使用的支撑剂主要是陶粒砂。这种材料最大的优点就是密度小,抗压能力强,正好适应了东濮凹陷高压、低渗的特点。这种陶粒砂根据抗压性能,主要有三个种类:适应于地层压力在52兆帕的、69兆帕的和86兆帕的。60%的井用的是52兆帕的陶粒砂,40%的井使用的是69兆帕的陶粒砂,东濮黄河南地区个别井因为闭合压力特别高,使用了86兆帕的陶粒砂。
    陶粒砂也有其不可避免的缺点,它的表面容易吸附一些粉尘,这些粉尘随流体进入地层,会对地层产生一定程度的伤害。基于这种原因,该油田正在研究一种树脂胞衣支撑剂。这种支撑剂是在石英砂表面包上一层树脂,用于高压、低渗井压裂,并防止压后在排液时吐砂。该支撑剂不仅可以代替普通的陶粒砂,而且可控制水力压裂后的支撑剂回流。目前,该支撑剂的室内研究已经基本完成,现场应用指日可待。
    压裂工艺:”综合素质“创造优秀
    在整个压裂改造过程中,压裂工艺是最重要的一环。如果把整个压裂改造技术比做一个完整的人,那么设备无疑是“四肢”,压裂液是“血液”,支撑剂是“骨架”,压裂工艺就是这个人的“综合素质”。如果综合素质过低,无论先天条件多好,这个人也很难成功。
    目前,在中原油田应用比较多、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。
    重复压裂是在同一口井进行两次或者两次以上的压裂。这主要适用于一口井在压裂后随着生产时间的延长,导致油(气)产能下降,或是该井压裂后,经过一段时间又发现了其他层位有更大的开发潜力,于是又对其进行压裂。自1997年开始,中原油田开始在一些老井上使用重复压裂,效果显著。目前,重复压裂技术已较为成熟。
    分层压裂是根据地质要求和油气富集层系的不同,有选择性地压裂某个层系。以前,分层压裂主要是在不压裂的那个层填砂、卡封或者投球。这种方式只能单纯地填上压下或者填下压上,改造地层不彻底,难以达到分层压裂的目的。2002年,中原油田通过在不压裂的那个层下分隔器,真正达到了分层压裂的目的,对地层的改造也很彻底。由于分层压裂能够彻底解放二、三类层储层,在中原油田得到了广泛应用。
    复合压裂是指把酸化工艺和压裂工艺放在一起使用,把低、中、高等级的支撑剂放在一起,把不同黏度的压裂液放在一起使用的一种混合压裂工艺。在这种压裂方式下,压裂液的性能特别关键。复合压裂工艺除了在东濮黄河北各油区应用外,主要应用于黄河南深层、低渗油气藏,并且效果非常好。
    从2003年开始,中原油田又推广应用了二氧化碳泡沫压裂工艺。现在,这种压裂工艺在中原油田已经比较成熟,在多口井中应用后,都收到了显著的增油效果。
    目前,中原油田的压裂改造工艺已形成了一套适应低渗油气藏开发的压裂改造配套技术,在许多方面走在了国内前列。但是,由于地下情况极其复杂,对地质的认识不断深化,中原油田的压裂改造工艺仍然有许多问题需要提高。首先,对于如何更有效地解决深井压裂液对地层的伤害问题,还有待探索;其次,在深井分层工具上,油田现在只能同时对两个层进行压裂,不能适应一些深井压裂需要。同时,设备上仍然需要进一步配套,需要有一套更大规模的、能适应低渗、深井高压油藏的压裂设备。现在,中原油田三年科技攻关已到了关键一年,相信随着压裂工艺的进一步提高,这些问题一定会得到解决。
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