浅析井下压裂技术

2019-03-04 版权声明 举报文章

摘要:压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代,当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州,人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂,增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的,但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。

关键词:压裂技术 水利压裂 石油

一、引言

压裂设计是压裂施工的指导性文件,它能根据地层条件和设备能力优选出经济可行的增产方案。压裂设计的基础是对压裂层的正确认识,包括油藏压力、渗透性、水敏性、油藏流体物性以及岩石抗张强度等,并以它们为基础,设计裂缝几何参数、确定压裂规模以及压裂液与支撑剂类型等。压裂设计的原则是最大限度地发挥油层潜能和裂缝的作用,使压裂后油气井和注入井达到最佳状态,同时还要求压裂井的有效期和稳产期长。压裂设计的方法是根据油层特性和设备能力,以获取最大产量或经济效益为目标,在优选裂缝几何参数基础上,设计合适的加砂方案。压裂设计方案的内容包括,裂缝几何参数优选及设计,压裂液类型和配方的选择,支撑剂选择及加砂方案设计,压裂效果预测和经济效益分析等。

自从Stanolind石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来,到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量,而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来(仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来)。另外,通过促进生产,油气储量的静现值也提高了。

二、压裂液的概念及分类

压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液,起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。压裂液是压裂施工液的总称,影响压裂施工成败的诸因素中,压裂液性能的好坏是其中的主要因素之一。这是因为压裂施工的每个环节都与压裂液的类型和性能有关。

压裂液是一个总称,根据压裂过程中注入井内的压裂液在不同施工阶段的任务可分为:和左右的表面活清孔液、性剂水溶液与堵球配合、疏通压裂井段射孔孔眼。

前垫液,对水敏、结垢或含蜡量高的地层进行压裂时,需要提前泵注粘土稳定剂、除垢剂或清蜡剂,若这些添加剂与基液及其他添加剂不配伍,或者量少而又必须保证作业浓度时,则需要单独提前泵注,同时在高温、深井地层,这段液体还可起到降低地层温度的作用。

前置液,它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里,它还可起一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率,在前置液中还加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙,减少液体的滤失。

携砂液,它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定位置上的作用。在压裂液的总量中,这部分比例很大。携砂液和其他压裂液一样,有造缝及冷却地层的作用。携砂液由于需要携带密度很高的支撑剂,所以必须使用交联的压裂液,如冻胶等。

顶替液,中间顶替液用来将携砂液送到预定位置,并有预防砂卡的作用,最后顶替液是注完携砂液后将井筒中全部携砂液顶替到裂缝中,以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。

压裂液的性能要求根据压裂不同阶段对液体性能的要求,压裂液在一次施工中可能使用几种性能不同的液体,其中还加有不同添加剂。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液,都应具备一定的造缝能力并使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。所以,为了获得好的水力压裂的效果,对压裂液的性能要求如下:滤失少。这是造长缝、宽缝的重要条件。压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性,粘度高则滤失少。在压裂液中添加防滤失剂,能改善造壁性,大大减少滤失量;悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于粘度;摩阻低。压裂液在管道中的摩阻越小,则在设备功率一定的条件下,用于造缝的有效功率也就越大。摩阻过高会导致井口施工压力过高,从而降低排量甚至限制压裂施工;稳定性。压裂液应具备热稳定性,不能由于温度的升高而使粘度有较大的降低。液体还应有抗机械剪切的稳定性,不能因流速的增加而发生大幅度的降解;配伍性。压裂液进入油层后与各种岩石矿物及流体相接触,不应产生不利于油气渗流的物理化学反应;低残渣。要尽量降低压裂液中水不溶物的数量以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率;易返排。施工结束后大部分注入液体应能返排出井外,以减少压裂液的损害。货源广、便于配制、价钱便宜。大型压裂中,压裂液是压裂施工费用中的主要组成部分。速溶连续配制工艺大大方便了施工,减少了对液罐及场地的要求。

压裂液的类型。目前常用的压裂液有水基压裂液、酸基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液及泡沫压裂液等。具有粘度高、摩阻低及悬砂能力好等优点的水基冻胶压裂液,已成为矿场主要使用的压裂液

三、支撑剂

支撑剂的性能好坏直接影响着压裂效果。填砂裂缝的导流能力是评价压裂效果的重要指标。填砂裂缝的导流能力是在油层条件下,填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积,导流能力也称为导流率。一、支撑剂的性能要求粒径均匀,密度小。如果支撑剂的分选不好,小粒径的支撑剂会运移到大粒径砂所形成的孔隙中,堵塞渗流通道,影响填砂裂缝导流能力,所以对支撑剂的粒径大小和分选程度有一定的要求。强度大,破碎率小。支撑剂的强度是其性能的重要指标。水力压裂结束后,裂缝的闭合压力作用于裂缝中的支撑剂上,当支撑剂强度比缝壁面地层岩石的强度大时,支撑剂有可能嵌入地层里,缝壁面地层岩石比支撑剂强度大,且闭合压力又大于支撑剂强度时,支撑剂易被压碎,这两种情况都会导致裂缝闭合或渗透率很低。,圆球度高。支撑剂的圆度表示颗粒棱角的相对锐度,球度是指砂粒与球形相近的程度。圆球度不好的支撑剂,其填砂裂缝的渗透率差且棱角易破碎,粉碎形成的小颗粒会堵塞孔隙。杂质含量少。来源广、价廉。支撑剂的类型为了适应各种不同地层以及不同井深压裂的需要人们开发了许多种类的支撑剂,大致可分为天然石英砂和人造支撑剂、陶粒两大类。

四、结语

随着全球能源供需压力的影响,工业界已将开发更多地转向非常规资源,包括美国的页岩气资源。在已成功开发的多个油气田的过程中,水力压裂技术无疑起了关键性的作用。人们相信在未来非常规资源的开发道路上,水力压裂将继续扮演重要角色。

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