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1、精品文档 压裂技术现状及发展趋势(长城钻探工程技术公司)在近年油气探明储量中，低渗透储量所占比例上升速度在逐年加大。低渗透油气藏渗透率、孔隙度低，非均质性强，绝大多数油气井必须实施压裂增产措施后方见产能，压裂增产技术在低渗透油气藏开发中的作用日益明显。1、压裂技术发展历程自1947年美国Kansas的Houghton油田成功进行世界第一口井压裂试验以来，经过60多年的发展，压裂技术从工艺、压裂材料到压裂设备都得到快速的发展，已成为提高单井产量及改善油气田开发效果的重要手段。压裂从开始的单井小型压裂发展到目前的区块体积压裂，其发展经历了以下五个阶段1：（1） 1947年-1970年：单井小型压裂
2、。压裂设备大多为水泥车，压裂施工规模比较小，压裂以解除近井周围污染为主，在玉门等油田取得了较好的效果。（2）1970年-1990年：中型压裂。通过引进千型压裂车组，压裂施工规模得到提高，形成长缝增大了储层改造体积，提高了低渗透油层的导流能力，这期间压裂技术推动了大港等油田的开发。（3）1990年-1999年：整体压裂。压裂技术开始以油藏整体为单元，在低渗透油气藏形成了整体压裂技术，支撑剂和压裂液得到规模化应用，大幅度提高储层的导流能力，整体压裂技术在长庆等油田开发中发挥了巨大作用。（4）1999年-2005年：开发压裂。考虑井距、井排与裂缝长度的关系，形成最优开发井网，从油藏系统出发，应用开发
3、压裂技术进一步提高区块整体改造体积，在大庆、长庆等油田开始推广应用。（5）2005年-今：广义的体积压裂。从过去的限流法压裂到现在的直井细分层压裂、水平井分段压裂，增大储层改造体积，提高了低渗透油气藏的开发效果。2、压裂技术发展现状经过五个阶段的发展，压裂技术日趋完善，形成了三维压裂设计软件和压裂井动态预测模型，研制出环保的清洁压裂液体系和低密度支撑剂体系，配备高性能、大功率的压裂车组，使压裂技术成为低渗透油气藏开发的重要手段之一。2.1 压裂工艺和技术2.1.1 区块开发压裂技术区块开发压裂技术把低渗透油气藏整体区块作为一个研究对象，根据油气藏地质特征建立区块地质模型和裂缝模型，研究区块注采
4、井网条件下压裂方案的可行性，预测区块油气井产量、采油速度和采出程度，形成一套集成油藏工程和压裂技术的区块开发方式，为低渗透油气藏高效开发提供新的技术手段。低渗低压油藏宝14区块2采用电阻率层析成像和微地震的方法检测裂缝方位及长度，在此基础上调整注采方式。根据裂缝参数优化结果，在一些高水淹地区采用水平周期注水、间歇注水，大大提高了区块注水驱油的效率。2.1.2 重复压裂技术重复压裂技术是指油气井第一次压裂裂缝失去作用后，对该井同一层位进行第二次或更多次压裂施工，恢复油气井产能。图1 重复压裂技术原理示意图美国巴肯油田是典型的低渗低孔油田3，2004年部署水平井初次压裂后水平段中有相当多的产层未有
5、支撑剂铺置, 导致压后产量不高且稳产时间短，为此开展了16口水平井重复压裂试验，现场施工成功率达93.7%，重复压裂的平均施工压力明显降低，重已为该区增加650t的可采储量，增产效果明显。国内截止到2006年7月，重复压裂工艺技术在安塞油田、陇东油田延长储层以及新疆乌尔禾储层应用237口井，增产效果显著。2.1.3 煤层气压裂技术煤层具有杨氏模量低、泊松比高、天然割理发育等特点，国外煤层气压裂技术从90年代大排量、低砂比压裂开始探索，发展到现在中排量、较高砂比、连续油管分层压裂，压后产量是常规压裂产量的1.5倍。在美国宾夕法尼亚州mount pleasant煤层气中共有33口井，通过使用LGB
6、交联压裂液，压裂后区块产量增加到2831万方/月，单井产量得到较大提高。国内中石油煤层气公司通过煤层岩性分析，形成了大排量、低伤害的煤层气压裂技术，2009年至2010年7月在韩城、三交、大宁吉县区块共进行了220口井，463层的压裂施工，单井产量达2000-8000方/天，取得了明显的效果。 2.1.4 页岩气压裂技术页岩气储层低渗、低孔，即是烃源岩，又是储层和盖层，大部分都需要压裂改造才能生产。美国页岩气发展历程如表1。表1 美国页岩气发展历程阶段时间发展历程第一阶段：大规模水力压裂1981第一口氮气泡沫压裂1990Barnett页岩采用大型压裂1992第一口水平井压裂第二阶段：大规模滑溜
7、水压裂1997第一次滑溜水压裂（6000方）1998大规模滑溜水压裂和重复压裂第三阶段：水平井分段压裂2002开始尝试井分段压裂2004水平井滑溜水分段压裂广泛应用2005开始同步压裂目前体积压裂+同步压裂：水平井完井+滑溜水压裂+多级射孔+快速可钻桥塞国内在四川盆地中南部威远-长宁-昭通等地区开展页岩气开发先导性试验4，目前成功完成了威201、宁201、昭104井、宁203井四口探井的页岩气储层直井压裂改造和威201-H1井水平井压裂改造，测试产量在0.72-1.86万方/天，显示该区块页岩气可采潜力巨大，为以后页岩气开发奠定了基础。2.1.5 复杂储层压裂技术表2 复杂储层压裂技术复杂储层
8、相应的压裂技术致密砂岩油气藏整体优化压裂+开发压裂+液氮助排+不动管柱分压合采/水平井分段压裂技术火成岩油气藏新型压裂液+压裂控制技术+压裂诊断技术深层稠油油藏压前预处理+降粘压裂液+防砂技术潜山高凝油藏大型压裂技术+热压裂技术碳酸盐岩油气藏深度酸压+均匀酸压+多级注入（1）致密砂岩油气藏压裂技术致密砂岩油气藏具有低压、低渗、低产、低丰度等特点，储层压力系数低，压裂液进入地层已引起水锁损坏，影响压裂效果和返排效果。目前，在苏里格气田采用整体优化压裂技术，确定了最佳裂缝长度和井网部署方式，形成了一套直井不动管柱封隔器分层压裂技术+裸眼完井水平井分段压裂技术，提高直井/水平井单井产量至2/10万方
9、/天，取得了较好的经济开发效果。（2）火成岩油气藏压裂技术火山岩油气藏具有埋藏深、温度高、天然微裂缝发育、储层非均质性严重、储层敏感性强等特点，造成压裂施工难度大、压裂液滤失严重，影响了火山岩油藏的开发。大庆油田徐深气田为埋藏深、物性差的火山岩气藏，通过建立火山岩裂缝破裂和延伸数学模型，预测压裂施工风险，研制出170高温压裂液体系和深井压裂工具，完成了人工裂缝控制和火山岩压裂施工规范的制定，该技术共实施火山岩直井压裂147口227层，最大单井无阻流量达100万方/天，实现了火山岩油气藏增产效果的跨越式突破。（3）深层稠油压裂技术深层稠油埋藏深，地层温度高，常规压裂面临增产效果不明显、有效期短、
10、出砂问题，难以满足稠油油藏生产的需求。吐哈油田鲁克沁深层稠油油藏5针对原油粘度高、地层岩性疏松、无有效封隔等特点，开展了前期稠油压裂效果分析，形成了大孔径电缆射孔、压前解堵剂预处理、层内多段、多层体积压裂、水基降粘压裂液等配套技术，在现场试验3井次，施工成功率100%，平均单井日增油6.3t，取得了较好的压裂效果。（4）潜山高凝油压裂技术潜山储层主要孔隙类型为构造裂缝，油品性质为高凝油，具有含蜡量高、凝固点高、析蜡点高和蜡熔点高等特点，原油在地层中流动性差，开采难度大。辽河油田曹台古潜山油藏为高凝油油藏，随着注水开发，高渗透砂岩进入高含水期，低渗透砂岩注水效果差，为此，2004年攻克潜山大型压
11、裂难题，采用降滤失工艺和高温压裂液，提高了施工成功率。研发了热压裂液技术6，压裂液入井后温度达60，降低了高凝油粘度，近年来实施3口井，单井最大加砂量达80m3,累计增油2431t，取得了较好的增产效果。（5）碳酸盐岩油气藏酸化压裂技术碳酸盐岩油气藏储集空间复杂，既有裂缝溶蚀孔洞型、孔隙型，也有复合型。碳酸盐岩大部分储层非均质性强，裂缝发育，压裂液滤失严重，造成碳酸盐岩储层压裂是世界性难题。酸压技术从常规稠化酸、缓速酸发展到目高效酸+多级注入酸压技术+闭合裂缝酸化技术，在低渗碳酸盐岩中取得较好的效果，近年来，国内外碳酸盐岩酸压技术发展迅速，转向酸压、水平井水力喷射酸压、裸眼封隔器分段酸压技术开
12、始成为主流技术。斯伦贝谢纤维转向酸压技术开始应用于碳酸盐岩储层改造，在壳牌卡达尔海上油田应用16口井，转向效果明显。2.2 压裂液技术压裂液起传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝等作用，其性能对压裂施工由重要的影响，目前压裂液向低伤害、环保、高性能的方向发展，形成的压裂液体系主要有以下几类：2.2.1 清洁压裂液清洁压裂液采用粘弹性表面活性剂（VES）作“稠化剂”在盐水中配制完成，不需要交联剂、破胶剂等化学添加剂。1997年斯伦贝谢公司成功将VES应用于压裂液中，研制出ClearFrac压裂液7，目前在美国、加拿大、墨西哥湾等地区广泛使用VES压力液，现场配制简单，摩阻低，携砂性能好，取
13、得了较好的应用效果。国内在大庆、长庆、克拉玛依等油田先后引进ClearFrac压裂液技术，试验几十口井，增产效果明显。图2 清洁压裂液和常规压裂液对比图2.2.2 低浓度压裂液 BJ公司研发了VISTAR型低浓度胍胶压裂液，胍胶用量减少了30-50%。哈里伯顿公司研发的Delta Frac压裂液体系，该体系聚合物加量比常规体系低30%，大大降低了压裂液的残渣伤害。国内长城钻探昆山公司研制的羧甲基羟丙基压裂液，在保持瓜尔胶的优点基础上，其使用浓度降低一半，残渣只有瓜尔胶及其羟丙基的五分之一到十分之一，对油气层的伤害可以大幅度的降低。2.2.3 低分子胍胶压裂液哈里伯顿公司研制出了HPM压裂液，该
14、压裂液采用低分子量胍胶（分子量是常规胍胶分子量的1/20-1/30），易形成较好的交联流体，使用温度达127。由于该体系受pH值控制，所以可以实时监测压裂液体系性能并做出调整。国内长庆油田油气工艺技术研究院研发了CJ2-3型低分子压裂液，采用的稠化剂分子量仅为常规胍胶的1/5，在长庆油田试验3口井，成功率100%。2.2.4 清水压裂液 国外从上世纪70年代开始开展清水压裂的研究和试验，从原始的清水不加支撑剂压裂发展到目前的清水前置液+交联携砂液混合清水压裂，在低渗砂岩致密气藏中取得了较好的应用效果。国内目前在页岩气、煤层气中开始应用清水压裂施工，降低了施工成本，为非常规油气藏开发提供了新的技
15、术手段。2.2.5 LPG压裂液在New Btunswick McCully气田成功应用了一种基于液化石油气（LPG）的压裂液体系8，由于LPG与储存配伍性好，多层段压裂作业时不需要返排，且LPG可以和储层中的天然气混合，也可以溶解于原油，降低原油粘度。通过使用LPG压裂液，McCully气田不仅缩减了返排、水处理的费用，而且与水基压裂液相比，得到了更长的裂缝半长和更高的产量。2.3 支撑剂技术发展现状支撑剂起支撑裂缝的作用，其质量决定了压裂效果的成败。从1950年代压裂使用天然石英砂开始，支撑剂得到了快速的发展。60年代尝试使用塑料珠、胡桃壳尝试单层加砂，由于沉降、应力集中而失败；70年代发展了树脂包裹石英砂和陶粒，开始广泛地应用于各类复杂环境。目前，支撑剂向高强度、低密度、多元作用的方向发展。2.3.1树脂包裹石英砂针对石英砂抗压能力差、导流能力低的特点，研制了树脂包裹石英砂。树脂包裹石英砂分为预固化和可固化两种，预固化包裹石英砂可以使应力分布更加均匀，可以降低在不同的闭合应力下破碎率，提高裂缝导流能力。可固化包裹石英砂主要用来填砂和防止支撑剂回流。大港油田研制了一种多涂层预包防砂支撑剂9，该支撑剂能够满足低温、4-6h快速固化、强度高等特点，在大港油田应用4口井，防砂成功率100%，成功解决了注水井、采油井及侧钻井出砂
