壓裂作業中的油層保護技術

壓裂作業中的油層保護技術是指在壓裂時選用合適的壓裂液、添加劑及支撐劑來達到油氣層保護的目的。

基本介紹

• 中文名：壓裂作業中的油層保護技術
• 外文名：Reservoir protection technology in fracturing operation
• 目的：油氣層保護
• 學科：石油工程
• 方法：選用合適的壓裂液添加劑支撐劑
• 重要性：油氣層保護愈來愈被重視

基本思路

油氣田開發生產中保護油氣層技術的基本思路實質上是保護油氣層系列技術的具體化。值得強調的是油氣田開發生產中的油氣層損害發生在油氣田深部。更具疊加性、複雜性和動態性。因此，它的保護技術的基本思路要把著眼點放在“動態”上，即重新認識油氣層的現狀是該技術的基本出發點。

重要性

油氣田開發生產中的油氣層保護技術已愈來愈被人們重視，這主要是由於我國的油氣田大都處於油田開採中、後期，油田作業的頻率比開採初期明顯增高，顯然，控制各作業環節對油氣層的損害，實施油氣層保護系列技術，必然是提高作業效率的有效途徑之一。同時，石油工業正面向複雜油氣藏、特殊油氣藏的挑戰，這勢必面臨著投入更多的成本，獲得較少產出的難題。

油氣層保護技術本身就是一種保護資源的系統工程，是“增儲上產”的重要措施之一。因此，必須進行油氣田開發生產中的油氣層保護工作。

此外，目前生產實際也急待油氣田開發生產中的保護技術儘快實現系列化、實用化。例如，目前，不少大油田開採進入中、後期，發現地層堵塞嚴重，有的注水時，使用大功率、大排量，吸水指數不但不增加，反而愈來愈注不進地層。

目前，對油氣田開發生產中保護油氣層的緊迫性、重要性還遠未形成共識。因此，實施油氣田開發生產中油氣層保護技術，首先要統一認識，站在戰略的高度認識其重要性和緊迫性，各級技術決策人、技術監督人和工程技術人員，上下齊心，共同努力，將它作為一項技術政策來實施，才能實現保護油氣層。

壓裂作業中的油氣層損害

壓裂作業中產生的油氣層損害包括兩個方面：壓裂液與地層岩石和流體不配伍產生的對地層的損害；不良的壓裂液添加劑、支撐劑對支撐裂縫導流能力的損害。

1．粘土礦物膨脹和顆粒運移引起的損害

粘土礦物與水基壓裂液接觸，立即膨脹，使得儲、滲空間減小。鬆散粘附於孔道壁面的粘土顆粒與壓裂液接觸時分散、剝落、隨壓裂濾液進入油氣層或沿裂縫運動，在孔喉處被卡住，形成橋堵，引起損害。使用以水為基液的壓裂液時，水敏、速敏反應是常常發生的損害方式。

2.機械雜質引起的堵塞損害

壓裂過程中，機械雜質堵塞孔隙和裂縫通道，縮小儲、滲空間，降低相對滲透率是重要的損害方式。機械雜質包括四個方面的來源：

（1）壓裂液基液攜帶的不溶物；

（2）成膠物質攜帶的固相微粒；

（3）降濾失劑或支撐劑攜帶的固相微粒；

（4）油氣層岩石因壓裂液浸泡，沖刷作用而脫落下來的微粒。它們被統稱為壓裂殘渣。大顆粒的殘渣在岩石表面形成濾餅，可以降低壓裂液的濾失，並阻止大顆粒繼續流入油氣層深部。而較小顆粒的殘渣則穿過濾餅隨壓裂液進入油氣層深部，堵塞孔喉及孔隙。縫壁上的殘渣隨壓裂液的注入，沿支撐縫移動，壓裂結束後，這些殘渣返流，堵塞填砂裂縫，降低了裂縫的導流能力，嚴重時使填砂裂縫完全堵塞，致使壓裂失敗。

3．原油引起的乳化損害

原油與水基壓裂液相遇，發生乳化損害。被壓裂的油氣層中的原油常含有天然乳化劑如膠質、瀝青、蠟等，壓裂時壓裂液的流動具有攪拌作用，在油氣層孔隙中形成油水乳化液。原油中的天然乳化劑附著在水滴上形成保護膜，使乳化液滴具有一定的穩定性。這些乳化液滴在毛管、喉道中產生賈敏效應，增加了流體流動阻力，液阻效應有時會疊加產生，有時會聚集造成更嚴重的液堵。

4．支撐裂縫導流能力的損害

一般，支撐劑要滿足：（1）密度低；（2）粒徑均勻；（3）強度高；（4）圓球度好。若支撐劑選擇不當，必然造成損害。例如，支撐劑粒徑分布過大，造成小顆粒支撐劑運移堵塞裂縫。若強度過高，例如，支撐劑的硬度大於岩石硬度時，支撐劑顆粒將嵌入到岩石中；反之若支撐劑強度過低，會被壓碎，形成許多微粒、雜質，它們運移堵塞孔隙、縫隙，卻不能支撐裂縫，造成裂縫失去導流能力。

壓裂工藝本身還會帶來“冷卻效應”，油氣層中的瀝青、蠟等析出，形成有機垢，堵塞地層。水鎖現象也相伴發生，這種損害與注水、採油等引起油氣層溫度降低、水鎖等損害方式相同。

上述損害因素，前三者是被壓裂的油氣層岩性和流體所固有的客觀因素，一旦壓裂液進入油氣層，就會誘發這些損害發生，而選擇理想的支撐劑、優良的壓裂液和添加劑，避免支撐劑層導流能力的損害，是可以人為控制的。

壓裂作業中保護油氣層技術

1、選擇與油氣層岩石和流體配伍的壓裂液

根據被壓裂的油氣層的特點，有針對性地選用壓裂液，下表列舉幾例說明。

有針對性地選擇壓裂液

油氣層特點	選用壓裂液	添加劑及其它
水敏性油氣層	油基壓裂液; 泡沫壓裂液	防膨劑
低孔低滲油層、返排差的油層	無殘渣或低殘渣、濾失量低、返排能力強的壓裂液	表面活性劑
高溫油層	耐高溫抗剪、密度大、摩阻低壓裂液	滿足經濟成本要求

2、選擇合理的添加劑

對不同的壓裂要求，採用適當的添加劑（如下表）

添加劑性能舉例表

添加劑	性能
pH值調節劑	pH值1.5～14，控制增稠劑水解速度
降濾失劑	控制壓裂液濾失量提高砂比
降阻劑	聚丙烯醯胺胍膠、脂肪酸皂、線粒高分子聚合物
粘土穩定劑	不耐鹼水聚季胺
凍膠穩定劑	5%甲醇，硫代硫酸鈉，調高pH值
破膠劑	澱粉酶、過硫酸銨
防乳、破乳劑	油包水型（用乙烯胺作引發劑）
防泡及消泡劑	異戊醇，二硬脂醯乙二胺，磷酸三丁脂
殺菌劑	甲醛、BS、BE115、硫酸銅

在使用添加劑時，應考慮兩點：

（1）添加劑之間不發生沉澱反應，以避免生成新的沉澱垢堵塞孔喉和裂縫；

（2）成本合理。

3、合理選擇支撐劑

支撐劑的要求：（1）粒徑均勻；（2）強度高；（3）雜質含量少；（4）圓球度好。

對於淺層，因閉合壓力不大，使用砂子作支撐劑是行之有效的。在油氣層條件下用實驗方法確定滿足壓裂效果的粒徑及濃度。深度增加隨之閉合壓力也增加，砂子強度逐漸不能適應。研究表明，在高閉合壓力下，粒徑小的比粒徑大的砂子有較高導流能力，單位面積上濃度高比濃度低的有較高的導流能力。因此，可採用較小粒徑的砂子，多層排列以適應較高閉合壓力的油氣層壓裂。對於更高閉合壓力的油氣層，只有採用高強度支撐劑，例如使用陶粒。近年發展的超級砂，它是在砂子或其它固體顆粒外塗上（或包上）一層塑膠，這是一種熱固性材料，在油氣層溫度下固化。這種支撐劑雖在高閉合壓力下會破碎，但能防止破碎後所產生的微粒的移動，仍能保持一定的導流能力。

現場套用表明，陶粒作為支撐劑無論就幾何形狀（圓度、球度）或強度都比較理想，而且耐高溫（可達200℃）抗化學作用性能好，用於油氣層壓裂措施可大大減少由於支撐劑性能不好所帶來的油氣層及支撐裂縫的損害。