低渗透油藏储层改造与油气增产新技术

复合压裂技术的特点：处理油藏的半径大，它具有水水力压裂处理油藏的半径；大大增加了诱导裂缝与天然裂缝的机会，可大大降低裂缝的表皮系数；既具有裂缝高导流的的增产机理，又具有高能气体压裂的热化学作用、机械作用和物理作用的增产机理；充分利用了两种压裂技术造缝机理的差异互补性，即降低了水力压裂的破坏压力，又延伸并汇聚、支撑了高能气体压裂的多条径向裂缝，形成了一个较大地带的破碎带。这大大减少了流体在井筒周围的附加阻力，使地层的油气渗透状况大为改观，增加产量；大幅度降低水力压裂的破坏压力。
关键词：低渗透油气藏油藏增产增产新技术联合作业前景展望
一、低渗透油藏技术特征描述
1、低渗透油藏
砂岩基质渗透率小于５０×10-3μm2的油藏
2、分类标准
不同国家分类不同，主要有以下几种分类标准：
前苏联 ≤50～100×10-3μm2低渗透
美国>10×10-3μm2好
≤10×10-3μm2低渗透
中国10～50×10-3μm2低渗透
该技术是通过炸药的爆炸在地层中的迭加，在油层内造成产生压涨条件，因炸药的能量比较大，从而可以使得地层的渗透率得以显著提高。在油田的开采中，压涨可以使油气层中岩石的孔隙度、渗透率增加，对提高油气产量具有极为重要的工程价值。因而，“压涨现象”的研究无论对于常规的压裂增产措施和开发新的压裂增产都具有重要的意义。
美国进行了大量的室内外试验和机理研究，证实了高能气体压裂在适当的加载速率下能形成多条径向裂缝的事实，获得了径向多裂缝wenku.baidu.com起裂、延伸、闭合、套管保护及压力脉冲的控制等研究成果，并最先成功地研制了井下贮存式p-t监测仪。前苏联在60年代末开始对高能气体压裂技术进行研究，其研究力量主要集中在应用方面，已研制出多种系列的压裂弹产品。
2、水力压裂理论与技术
水力压裂:利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。
３、爆炸松动技术
近几十年来的岩石力学研究，特别是岩石的动载特性的研究证明，如果对爆炸脉冲进行控制，则不但可以完全避免压时的副效应，而且还可以使孔隙度和渗透率增加，这种井中控制爆炸的技术，就是所谓的地层爆炸松动技术。该技术的基本原理依据岩石的“压涨”现象，研究中发现，当岩石的最小压应力与最大压应力之比在低于０.１５～０.３０范围时，就会发生“压涨现象”。由于地层的最小主应力与最大应压力之比不在上述范围内，所以自然条件下不会发生压涨现象。
4、低渗透油藏开发改造存在的矛盾
油井压裂效果变差，特别是重复压裂；
新投入开发的油田由于地层能量补充不及时造成有效期缩短；
老油田开发由于压裂注水开发后对剩余油分布认识不清，导致压裂目的不明确，工艺措施针对性不强，效果不理想。
三、几种常用的低渗透油藏储层改造与油气井增产技术
油水井增产增注措施是通过消除井筒附近的伤害或在地层中建立高导流能力的结构来提高油井的生产能力。水力压裂和酸化是常规增产措施。近几年来，高能气体压裂、爆炸压裂、酸化压裂、干法压裂、高渗透层压裂、水平井压裂、层内爆炸压裂等在油田逐渐开始试验和应用。一些物理法增产措施也开始应用于油水井的增产增注，如：声波、高压水射流、电法、微生物等。增产措施的方法随着油田的开发，一些新的问题的出现，还会有新的技术措施不断涌现出来。
目前中科院力学所和中国石油大学等研究单位已做了一些初步的研究工作，理论认为，“层内爆炸”时，在压裂缝的面上存在多个随机短裂纹，它们受到压裂液或爆轰波以及爆燃气体的作用而扩展。加载速率低时，只有一两条初始裂纹能扩展，如水力压裂；加载速率足够高时如炸药爆轰压碎甚至压实岩石；加载速率适度时，部分初始裂纹能扩展。
四、低渗透油藏储层改造与油气井增产新技术
最近几年，利用复合技术成为低渗透油气藏改造的新方向。研究的低渗透油藏改造技术主要有以下几种：高能气体压裂与射孔的复合技术；高能气体与水力联合作业技术；爆炸松动技术；水利裂缝“层内”爆炸改造油藏技术等，从增产机理上来讲，水利裂缝“层内”爆炸改造油藏技术潜力最大。
低渗透油藏储层改造与油气井增产新技术
王玉来（中原油田采油一厂工艺研究所）
摘要：世界上低渗透油气田资源十分丰富，分布范围非常广泛，各产油国基本上都有这种类型的油气田，低渗透油气藏的开采，对世界能源贡献具有重要作用。随着全世界对能源需求的不断增加，近年很大一部分低渗透油田来相继投入开发，在低渗透油气藏的增产方面，涉及到了水力压裂和高能气体压裂等多个领域。总结了水力压裂、高能气体压裂、复合压裂、层内爆炸压裂等采油技术对低渗透油气藏进行研究改造的进展，并提出了联合作业是低渗透油气藏改造技术的主要发展方向的理论研究。
高能气体压裂：用火药，燃烧速度最大不超过10m/s。炸药的燃烧速度与环境条件无关，而火药的燃烧速度受环境的温度和压力的影响。
各种压裂的压力与时间的关系
三种压裂参数量级对比表
压裂类型
升压时间s
峰值压力
MPa
作用时间
s
裂缝范围
m
作用结果
爆炸压裂
10-7～10-6
＞104
10-7～10-6
10-2～10-1
压裂增产增注原理:降低了井底附近地层中流体的渗流阻力；改变流体的渗流状态。使原来的径向流动改变为油层与裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗。
3、高能气体压裂技术
高能气体压裂是70年代兴起、80年代迅速发展的一种增产、增注技术。它利用火药或火箭推进剂快速燃烧，产生的大量高温、高压气体，在机械、热、化学和振动脉冲等综合作用下，在井壁附近产生不受地应力约束的多条径向垂直裂缝裂纹，改善导流能力、增加沟通天然裂缝的机会，从而达到增产、增注的目的。它具有工艺简单、不依赖水源、成本低廉、增产效果显著等特点，目前高能气体压裂在长庆油田应用较多，效果显著。高能气体压裂是一种独特的油气井增产新工艺。它既不同于爆炸压裂，又区别于水力压裂。它亦称爆燃压裂、可控脉冲压裂、热气化学处理或多缝压裂。
２、高能气体压裂与水力压裂复合技术
复合压裂技术是20世纪80年代末产生的一种新型的油气井增产、水井增注技术。它是在对油水井进行压裂时，将高能气体压裂和水力压裂相结合，在一次施工周期内，先对目的层进行高能气体压裂，在近井地带形成不受地应力控制的多条径向裂缝；然后通过水力压裂将裂缝延伸，得到多条足够长的有支撑剂支撑的裂缝，它可有效的改善远离井筒地带的渗透率。该技术中高能气体压裂和水力压裂两种技术优势互补，能更加有效地增产增注。
2、低渗透油藏的改造现状
低渗透油气藏最基本的特点就是地层渗透能力差、产能低，通常需要进行油藏改造才能维护正常生产。目前，已发展的改造低渗透油田技术很多，如：井内爆炸技术，核爆炸技术、高能气体压裂、爆炸松动技术、水力压裂和酸化技术等。常用的是水力压裂、高能气体压裂和酸化等。
3、低渗透油藏改造面临形势
含水上升快，采液指数下降，单井产量低，稳产和提液难度较大；注入水的水质不合格，造成已开发区欠注较为严重、难以保持需要的地层压力，单井产量下降快；油层改造措施增油效果逐年下降，压裂后含水上升快，有效期短。
1、高能气体压裂与射孔的复合射孔技术
复合射孔是针对改善射孔孔眼及附近地层的流动效率而发展起来的一项新技术。复合射孔技术是射孔与高能气体压裂合二为一，实现射孔和高能气体压裂同时完成，可大幅度提高射孔效率、压裂效率和油气井产能。
复合射孔的技术最早是1983年由美国人提出的一项油气井增产措施的设想。最近几年该技术得到了迅速发展，西安204所公开的数据表明，延缝深度为1930ｍｍ，大庆射孔弹道厂1998年在中国石油天然气总公司射孔器材检测中心检测的射孔结果表明：延缝深度平均达到1953ｍｍ。
1～10×10-3μm2特低渗
0.1～1×10-3μm2超低渗
3、孔隙度\渗透率统计（国内）
孔隙度一般8-18％，渗透率低于10×10-3μm2的占20%
4、低渗透油藏特征
油层内部渗流困难，供油能力差；
弹性能量开采时间短，油层压力递减快；
由于岩石的孔喉半径小，油层容易受到伤害
断层和天然裂缝比较发育缓慢；
4、“层内”爆炸改造油藏技术
液体药在地层裂缝中燃烧爆炸技术最早始于1946年，经过多年的发展，国内外的研究人员研发了多种炸药配方。如：硝化甘油，硝化甘油基液体炸药，水基的稠化液化炸药，硝基烷烃基液体炸药。目前液体炸药在缝中爆炸燃烧未能得到很快的发展，其原因可能是所用的硝化甘油感度过大，以硝基甲烷为基的液体炸药，虽然有增产的比例，一是价格昂贵，二是加入固体添加剂、稠化剂后，粘度加大，往井内泵送比较困难，所以没有得到更广泛的推广。
整体开发效益通常低于中高渗透常规油田。
二、低渗透油气藏的分布及改造现状
1、低渗透油气藏的分布
世界上低渗透油气田资源十分丰富，分布范围非常广泛，各产油国基本上都有这种类型的油气田，在美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等都有广泛的分布。在我国，低渗透油气田也广泛的分布在全国的各个油区，如大庆、胜利、辽河、长庆、吐哈、中原、新疆等油田
复合射孔技术中火药燃烧所产生的气体绝大部分通过射孔孔眼进入地层，大大提高了火药燃烧气体的能量利用率。目前，正在研制开发的和已经在油田推广使用的复合射孔器有一体复合射孔器、分体式复合射孔器、二次增效复合射孔器等。
复合射孔的发展趋势就是多元增效复合射孔。根据井况一次对多层同时施工，对同一油藏可采用多级组合，对压裂层段形成多脉冲压裂，使地层产生较长的多方位裂缝，大大提高地层的渗透率，改造地层结构，使其流阻减小，起到有效的增产作用。以特制的封隔器实现不同压力环境的隔离，以可燃可裂解弹架、弹壳实现射孔器内腔无阻碍。
上述各项技术目的都是提高生产指数，以增加产量或降低注入压力。
1、井内爆炸技术
井内爆炸包括固态、液态、和气态炸药在井筒内的爆轰和爆燃，目的是在井筒周围产生多条裂缝，即可以降低甚至消除在钻井过程中对地层所造成的表皮损坏，又可使天然裂缝体系与井筒连通。在19世纪60年代到20世纪50年代，井内爆炸法被广泛应用，曾经带来增产效益。随着水利压裂地兴起，逐渐取代了古老的爆炸压裂。其主要原因是压缩应力波使井周岩石发生不可恢复的塑性变形，形成的残余应力场使得爆炸初期形成的大量裂缝重新闭和，另外，井内爆炸易损毁井筒、硝化甘油类药剂过于敏感，也是古老的爆炸压裂失败的原因。
井眼破坏，有无数细小裂缝，具有压实效应
高能气体压裂
10-3
102
10-2～10-1
100
径向多条裂缝
水力压裂
101～102
101
103～104
101～102
对称单一裂缝
试验结果和理论计算都证明：裂缝的条数取决于井筒内的升压速率。高能气体压裂在油层中造成的是多条径向缝，而井内爆炸会在井筒附近形成破碎带和压实带，不能显著提高井附近的渗透率。
复合射孔的作用机理：利用火药和炸药两者具有数量级之差的反映速度，引爆以后，聚能射孔弹首先以微秒量级的时间在井筒与地层之间形成射孔通道，火药随后以毫秒级的时间产生燃气脉冲，以冲击加载的形式沿射孔通道挤压地层，在机械、物理、化学和热力学作用下使射孔通道以裂缝的形式延伸扩展，从而实现对低渗透油气藏的改造。
但是由于该技术所产生的裂缝较短、对油井状况的要求较高，应用不是很好。
三种压裂方法对比
常用压裂方法主要有水力压裂、爆炸压裂和高能气体压裂。
水力压裂：产生的裂缝受地层的地应力控制，一般仅有一个方向。
爆炸压裂：用炸药，它的增压速度极快(微秒级)，气体生成量较少，地层裂隙来不及扩张和延伸，大部分能量消耗在井壁岩石的破碎上，会产生对井眼的严重伤害。
对世界能源贡献具有重要作用。随着全世界对能源需求的不断增加，越来越多的难动用储量近年来相继投入开发，这其中有很大一部分就是低渗透油田。到2004年，我国陆上探明低渗透油田的储量为52.1×108t，动用地质储量近27×108t，动用程度52%。低渗透油田广泛地分布在我国21个油气区内，长庆、四川几乎全部为低渗透油气田，吐哈、吉林、二连等油田低渗透储量也占50%以上，在陆上低渗透探明储量中胜利、新疆等油田分别约占15%。