基本介紹
壓裂原理,壓裂工藝技術,封隔器分層壓裂,限流法分層壓裂,蠟球選擇性壓裂,堵塞球選擇壓裂,控縫高壓裂技術,測試壓裂技術,壓裂設計參數,油氣井參數,油氣層參數,壓裂參數,壓裂液,水基壓裂液,油基壓裂液,泡沫壓裂液,清潔壓裂液,乳狀壓裂液,塑膠領域,
壓裂原理
油井生產到一定階段後，產能和滲透率降低，為了增強排油能力，提高油井產量，人們發明了壓裂工藝技術。壓裂的方法分水力壓裂和高能氣體壓裂兩大類，水力壓裂是靠地面高壓泵車車組將流體高速注入井中，藉助井底憋起的高壓，使油層岩石破裂產生裂縫。為防止泵車停止工作後，壓力下降，裂縫又自行合攏，在地層破裂後的注入液體中，混入比地層密度大數倍的砂子，同流體一併進入裂縫，並永久停留在裂縫中，支撐裂縫處於開啟狀態，使油流環境長期得以改善。當前水力壓裂技術已經非常成熟，油井增產效果明顯，早已成為人們首選的常用技術。特別對於油流通道很小，也就是滲透率較底的油層增產效果特別突出。
壓裂工藝技術
任何壓裂設計方案都必須依靠適當的壓裂工藝技術來實施和保證。壓裂技術主要用於油氣層受污染或者堵塞較大的井以及注不進去水或注水未見效的井。對於不同特點的油氣層，必須採取與之適應的工藝技術，才能保證壓裂設計的順利執行，取得良好的增產效果。壓裂工藝技術種類很多，主要有以下幾種。
封隔器分層壓裂
我國有很多多層油氣田，通常要進行分層壓裂。封隔器分層壓裂是目前國內外廣泛採用的一種壓裂工藝技術，但作業複雜、成本高。根據所選用的封隔器和管柱不同，有以下四種類型。
1) 單封隔器分層壓裂 用於對最下面一層進行壓裂，適於各種類型油氣層，特別是深井和大型壓裂。
2) 雙封隔器分層壓裂 可對射開的油氣井中的任意一層進行壓裂。
3) 橋塞封隔器分層壓裂。
4) 滑套封隔器分層壓裂
國內採用噴砂器帶滑套施工管柱，採用投球憋壓方法打開滑套。該壓裂方式可以不動管柱、不壓井、不放噴一次施工分壓多層，對多層進行逐層壓裂和求產。
限流法分層壓裂
用於欲壓開多層而各層破裂壓力有差別的油井。通過控制各層射孔孔眼數量和直徑，並儘可能提高注入排量，利用先壓開層孔眼摩阻提高井底壓力而達到一次分壓多層的目的。
有A、B和C三個油層，相應的破裂壓力分別為24，20和22MPa 按射孔方案射開各自的孔眼。當注入井底壓力為20 MPa時，B層壓開；然後提高排量，因孔眼摩阻正比於排量，B層孔眼摩阻達到2 MPa時的注入井底壓力為22 MPa，即C層被壓開；繼續提高排量，B層孔眼摩阻達到4MPa時的井底注入壓力為24 MPa，A層被壓開。射孔孔眼的作用類似於井下節流器，隨排量增加，井底壓力不斷提高，從而逐層壓開。
限流法分層壓裂的關鍵在於必須按照壓裂的要求設計合理的射孔方案，包括射孔孔眼、孔密和孔徑，使完井和壓裂構成一個統一的整體。
蠟球選擇性壓裂
蠟球選擇性壓裂在壓裂液中加入油溶性蠟球暫堵劑，壓裂液將優先進入高滲層內，蠟球沉積而封堵高滲層，從而壓開低滲層。油井投產後，原油將蠟球逐漸溶解而解除堵塞。若高滲層為高含水層，堵球不解封有助於降低油井含水率。
堵塞球選擇壓裂
將井內欲壓層段一次射開，首先壓開低破裂壓力層段後加砂，然後注入帶堵塞球的頂替液暫堵該層段；再提高泵壓壓開具有稍高破裂壓力的地層，根據需要注入頂替液後結束施工或者繼續注入帶堵塞球的頂替液暫堵該層段一邊壓裂另外層段。從而改善產油吸水剖面。
控縫高壓裂技術
當油氣層很薄或者產層與遮擋層間最小水平主壓力差較小，壓開的裂縫高度很容易進入遮擋層，此時需要控制裂縫高度延伸。可以通過控制壓裂液性能參數和施工排量來實現，更可靠的是人工隔層控縫高壓裂技術。
基本原理是在前置液中加入上浮式或下沉式導向劑，通過前置液將其帶入裂縫，浮式導向劑和沉式導向劑分別上浮和下沉聚集在人工裂縫頂部和底部，形成壓實的低滲透人工隔層，阻止裂縫中壓力向上/向下傳播，達到控縫高的目的。為了使兩種導向劑能上浮和下沉，一般在注入攜有導向劑的液體後短期停泵，然後進行正常的壓裂作業。
人工隔層控縫高技術主要用於
1) 生產層與非生產層互層的塊狀均質地層；
2) 生產層與氣、水層間無良好隔層；
3) 生產層與遮擋層應力差不能有效控制裂縫垂向延伸。
測試壓裂技術
測試壓裂也稱為小型試驗壓裂，它是進行一次小規模壓裂並分析壓裂壓力獲得裂縫有關參數。包括裂縫延伸壓力測試、裂縫閉合壓力測試、微注入測試等。
壓裂設計參數
油氣井參數
壓裂井的類別、井徑、井下管柱（套管、油管）、井口裝置、固井質量、射孔井段的位置、射孔方式、彈型、相位角、孔密與孔眼尺寸、井下工具規範、尺寸、額定壓力，承受溫度與位置。
油氣層參數
儲層有效滲透率、孔隙度、含油飽和度、有效厚度、儲層地層壓力、靜態溫度；儲層油水的相滲關係、流體性質（密度、粘度、壓縮係數與總礦化度等）；岩石力學性質（彈性模量、泊松比、抗壓強度等）；儲層就地應力的垂向分布及水平主應力方位；遮擋層的岩性，厚度與就地應力值、井的試油、開發生產與生產測試等資料數據。
壓裂參數
裂縫破裂壓力、延伸壓力與閉合壓力、壓裂液的類型、流變性、粘溫粘時性、濾失與損害等數據、支撐劑的類型及其抗壓強度、導流能力與裂縫支撐劑層滲透率等數據、泵注排量、平均砂液比、泵注程式、壓裂設備功率及其壓力極限、油藏以往壓裂實踐及其壓裂前後生產反應的資料數據。
壓裂液
壓裂液是壓裂工藝技術的一個重要組成部分。主要功能是造縫並沿張開的裂縫輸送支撐劑，因此液體的粘性至關重要。成功的壓裂作業要求液體除在裂縫中具有較高的粘度外，還要能夠迅速破膠；作業後能夠迅速返排；能夠很好地控制液體濾失；泵送期間摩阻較低；同時還要經濟可行。常用的壓裂液有水基壓裂液、油基壓裂液、乳狀壓裂液、泡沫壓裂液及酸基壓裂液5種基本類型。
水基壓裂液
水基壓裂液是以水作溶劑或分散介質，向其中加入稠化劑、添加劑配製而成的。主要採用三種水溶性聚合物作為稠化劑，即植物膠(瓜膠、田菁、魔芋等)、纖維素衍生物及合成聚合物。這幾種高分子聚合物在水中溶脹成溶膠，交聯後形成粘度極高的凍膠。具有粘度高、懸砂能力強、濾失低、摩阻低等優點。
油基壓裂液
油基壓裂液是以油作為溶劑或分散介質，與各種添加劑配製成的壓裂液。重油最初用作油基壓裂液，是因為它們比水基液對含油氣地層的傷害小，油基液本身固有的粘度也使其比水更具吸引力。但是油基液較貴，而且施工操作較難處理，所以目前僅用於已知是對水極為敏感的地層中。
泡沫壓裂液
泡沫壓裂液是由氣相、液相、表面活性劑和其他化學添加劑組成。泡沫壓裂液是一種穩定的氣液混合物，用表面活性劑可使這種混合物達到穩定。降低了表面張力。當液體從作業井中返排時，泡沫中的承壓氣體（氮或二氧化碳）膨脹將液體從裂縫中驅出。泡沫加速了支撐裂縫中液體的回收率，因此是一種用於低壓儲層中的理想液體。由於體積氣體的泡沫含量高達95%，所以液相最小。在水基液中，充滿泡沫的液體極大地減少了與地層接觸的液量，因此在水敏地層中泡沫液的效果良好。
清潔壓裂液
清潔壓裂液又稱為粘彈性表面活性劑壓裂液，是一種基於粘彈性表面活性劑的溶液。它是為了解決常規壓裂液在返排過程中由於破膠不徹底對油氣藏滲透率造成了很大傷害的問題開發研製的一種新型壓裂液體系。清潔壓裂液具有良好的流變性能、濾失性能、低損害與高導流能力特性。同時，該清潔壓裂液配製簡便，將適量的VES加在鹽水中，不需要使用交聯劑、破膠劑和其它添加劑，不存在殘渣，對儲層傷害小，套用前景廣闊。
乳狀壓裂液
乳化壓裂液是兩種不融合相的分散體系，如用表面活性劑穩定的水中油或油中水。乳化壓裂液是高度粘稠溶液，具有良好的傳輸性。 乳化液常因乳化劑吸附在地層岩石表面上而破乳。由於聚合物用量極少，這類液體對地層傷害較小，而且可快速清洗。聚乳化液的不足是摩擦壓力較高，而且液體的費用較高（除非碳氫化合物可回收）。此外隨著溫度的升高，聚乳化液明顯地變得稀薄，故不宜用於高溫井中。
