水力压裂技术

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摘 要：介绍了清水压裂液的优缺点，加砂压裂降滤失技术及采用的降滤失剂进行了探讨，同时对水力压力新技术（端部脱砂压裂、重复压裂、裂缝检测）进行了一些介绍。

关键词：水力压裂 发展 清水压裂

一、引言

水力压裂就是通过高压流体使地层裂开，生成自井筒延伸开来、导流能力强的流体通道，以提高产量。支撑剂被充填到裂缝里，确保施工压力释放后，能继续支撑流体通道。

水力压裂源于19世纪40年代末期，并在不断地创新。油气工业一直依靠压裂技术开发边际经济油田。德克萨斯州西部的 Permian盆地就是压裂增产的一个成功例子。

在过去的二十年里，技术发展的重点在研究更为清洁高效的压裂液上，如交联聚合物体系，而支撑剂没有得到同等程度的重视和发展（树脂涂层和陶粒技术除外）。因为任一特定裂缝的形态都会限制支撑剂的置入量，这样就产生了支撑剂充填层的最终导流能力的上限。多年来，人们一直在寻找“完美的”压裂液，使携带支撑剂能力最优化，对地层的伤害和对最后的支撑剂充填层导流能力的影响最小化。二者同时成立是很难的，因此还在不断的研究和发展中。

二、清水压裂液优点

未稠化的水一直被认为是最清洁也是最有效的压裂液。如果地层适应性好，流体滤失小，就可用未稠化的水作为主要的压裂液。一般采取的措施是清水压裂、降阻压裂。这些压裂作业要在高排量下泵入大量的水，里面加有降阻剂和少量支撑剂。这些措施所需成本要比用传统凝胶少，所以清水压裂比凝胶压裂更经济可行。这一技术的关键在于选井，即选择适合该技术优点的地层。清水压裂的优点包括：

1.操作方便；

2.生成的裂缝长；

3.初产量与传统凝胶压裂不相上下；

4.成本比凝胶压裂低。

清水压裂也有一些缺点，例如：

1.加砂浓度低；

2.脱砂过快；

3.裂缝有效长度较短；

4.产量递减的要比凝胶压裂快；

5.下方的水层具有一定的风险。

事实上，所有清水压裂中出现的问题都是因为携砂能力差引起的。所以，如果支撑剂能随水有效充填裂缝，这些问题就可以减少，甚至完全消除。

采用降滤失剂降滤失一般来说，压裂液的滤失类型分为：基质滤失和裂缝滤失两种。

对岩石基质滤失而言，压裂液对地层的滤失速度受压裂液滤失系数C控制，而滤失系数C是根据在施工过程中压裂液所遇到的三种线性流动机理综合来定义的。这三种线性流动机理是：①受压裂液滤液的粘度及其对地层的相对渗透率影响的滤失系数Cv；②受地层流体粘度和压缩性影响的滤失系数Cc；③受压裂液造壁性影响的造壁滤失系数Cw。前两种滤失系数可从油藏数据和压裂液的粘度值计算出，造壁滤失系数Cw则需要从含有不同滤失添加剂的压裂液滤失数据计算出。这三种滤失系数可单独推导出来，但在压裂施工过程中都同时起作用并且影响压裂液的效率。

控制对天然裂缝的滤失要比控制向岩石基质的滤失困难得多，如果地层内天然裂缝的连通性较差，即使采用了小型测试压裂，分析得到的滤失系数可能是误差很大的，其原因是要堵塞的裂缝比较大，而且受承压滤出液的影响裂缝可能进一步扩大。

在水力加砂压裂施工中，主要是采用添加降滤失剂的办法来降低压裂液的滤失系数，提高压裂液效率。

三、新技术发展

1.端部脱砂压裂技术（TSO）

1.1端部脱砂压裂的技术特点

在端部脱砂压裂技术中，压裂液的粘度要满足两方面的要求：一是保证液体能悬砂，二是有利于脱砂。若压裂液的粘度过低，液体内不能保证悬砂，裂缝的上部就会出现无砂区，达不到周边脱砂的目的，在施工过程中也容易导致井筒内沉砂。若压裂液的粘度过高，滤失就会较慢，难以适时脱砂。所以端部脱砂压裂技术对压裂液的粘度要求比常规压裂液的要严格一些。

和常规压裂相比，端部脱砂压裂技术的泵注排量要小，这是为了减缓裂缝的延伸速度，控制缝高和便于脱砂。前置液的用量也比常规压裂少，目的是使砂浆前缘能在停泵之前到达裂缝周边。而端部脱砂压裂的加砂比通常高于常规压裂，以提高裂缝的支撑效率。

1.2端部脱砂压裂的适用范围

端部脱砂压裂技术的突出特点是靠裂缝周边脱砂憋压造成短宽缝，因此只能在一定的条件下使用。主要用于浅层或中深地层（能够憋压地层）、高渗透或松软地层以及必须严格限制缝高的地层。

2.重复压裂效果技术

低密度支撑剂处理被证明对低渗透率老井的重新压裂和边际井的增产非常有效。一般来说，压裂后低密度支撑剂裂缝的产量是压前的7倍多。即使先前用普通支撑剂压裂的井用低密度支撑剂重复压裂，同样也可以达到这种效果。

新的低密度支撑剂也可用于注水成熟期的生产井的重复压裂。通常，即使重压前油井处于“抽空井”状态，在重压后都能生产很长时间。通过压力测试表明，原因可能是：1、裂缝大小超出原来的泄油半径。2、从邻近注水井获得了能量补充。

3.压裂中的缝高控制技术

3.1建立人工隔层控制缝高

这种方法主要是根据地层条件，在压裂加砂之前，通过携砂液注入轻质上浮或重质下沉暂堵剂，使其聚集在新生成裂缝的顶部或底部，形成一块压实的低渗区，形成人工隔层。再适当提高施工压力，就能限制裂缝向上或向下延伸。如果要同时限制裂缝向上或向下延伸，就必须将轻质上浮或重质下沉暂堵剂同时注入地层，形成上下人工隔层。

暂堵剂选用空心玻璃或空心陶粒，密度最好在0.6～0.75g/cm3的范围内，粒度为70～120目，强度为承受净压13.8MPa时颗粒的完好率在80%～85%以上。

3.2注入非支撑剂液体段塞控制缝高

这种方法主要是在前置液和携砂液中间注入非支撑剂的液体段塞，这种液体段塞由载液和封堵颗粒组成，大颗粒形成桥堵，小颗粒填充大颗粒间的缝隙，形成非渗透性阻隔段，以达到控制缝高的目的。

3.3调整压裂液的密度控制缝高

这种方法主要是根据压力梯度来计算压裂液的密度。如果要控制裂缝继续向上延伸，就要采用密度较大的压裂液，使其在重力作用下尽可能向下压开裂缝。反之，如果要控制裂缝不要向下延伸，就必须使用密度较小的压裂液。

3.4冷却地层控制缝高

这种方法是先低排量注入低温液体冷却地层，降低地层应力，这时的注入压力必须小于地层的破裂压力。当冷却地层的范围和应力条件达到一定要求时，再提高排量，注入高浓度降滤剂的低温前置液，压开裂缝。在注入低温液体冷却地层期间的某一时刻，将注入压力提高到造缝压力，进而采用控制排量和压力的方法控制缝高的延伸。这种方法主要用于胶结性较差的地层和用常规水力压裂难以控制裂缝延伸方向的油气层。我国中原、长庆等油田应用上述缝高控制技术均取得较好效果，可降低裂缝高度30%左右，并增进了裂缝向水平方向延伸。