水力压裂综述

文献综述

前言

水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。

为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。

这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。

水力压裂技术的发展过程

水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段:

60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。

60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。

70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合

技术。

80 年代 ,逐步进入了低渗油藏改造时期，并开始了优化水力压裂设计。这一时期我国发展了适用于低渗透、薄油层多层改造的限流法完井压裂和投球法多层压裂技术。

90 年代 ,工作者们从各种不同的方向出发，研究了与水力压裂技术有关的新材料、新技术、新方法和新工艺 , 不断对压力设计方法改进发展至今 ,各国工作者们在研究拟二维及三维压裂模型基础上 ,利用编制的软件系统 ,将裂缝几何参数设计、支撑裂缝设计和压裂液体系设计、裂缝闭合期间和生产过程中填砂裂缝的动态变化进行了综合考虑和优化设计，以实现应用广泛、便于控制、经济有效、损害程度低水力压裂技术。

我国水力压裂技术现状

1955 年至今,我国水力压裂研究与应用工作与时俱进，已取得较大成效。全国已完成压裂酸化作业18. 9万井次 ,总计增油 9572 × 4 t 以上。

水力压裂技术在增加油田产量方面起到了重要的作用 ,成为油田一项重要的作业措施。总的来说 ,国内在压裂技术已接近国际先进水平。在水力压裂设计、压裂技术、压裂材料、压裂监测等方面均取得一定成效。具体体现在以下几个方面。

(1) 水力压裂设计方面：已达到国际先进水平，不断引进并开发了裂缝模拟软件及开发方案经济评价模型。虽不能完全控制裂缝的延伸情况，但通过不断的实验研究，可根据已有研究成果选择较为适当的压裂参数，并由二维开发模型软件向三维过度，实现裂缝的仿真模拟。

(2) 水利压裂技术应用方面：它不仅仅用于低渗油气田的改造 ,而且在中高渗透性地层的应用 ,也得到到广泛的重视。我国主要开展了特低渗透性油气藏的平衡限流完井压裂技术和总体上接近国际先进水平 ,存在较小的差距。

(3)水力压裂材料方面：经过不断的研发试验，以开发应用多种用于压裂的压裂液，如水基冻胶压裂液、沫压裂液、稠化等。支撑剂的研究工作也日趋完善，并研制了中等支撑剂及高等强度支撑剂，石英砂等。为适应各种地层的压裂，对压裂液中添加剂也做了充分研究，以提高压裂液性能，从而提高压裂效果。

(4)水力压裂新技术方面：不断地致力于端部脱砂压裂技术（TSO）、重复压

裂技术、整体压裂技术、开发压裂技术、超深井压裂技术、酸压与闭合酸化技术等研究，并以取得一定成效，提高了压裂效率。

另外 ,裂缝诊断与现场实施监测接近国际先进水平 , 并不断学习与引进国外先进缝高控制技术、高渗层防砂压裂技术、低渗层深穿透压裂技术、低渗层大砂量多级压裂技术等的研究。

水力压裂实施过程及增产机理

水利压裂利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量，将具有一定粘度压裂液注入井筒，在井底附近产生高压，当该压力克服了井壁附近的地应力和岩石的抗拉强度时，地层破裂并向前逐渐延伸。随着压裂液不断注入，裂缝向前继续延伸，在造成的裂缝具有一定尺度后，注入混有支撑剂的携砂液，携砂液在缝内流动，促使裂缝继续延伸，并将支撑剂输送到裂缝内。当携砂液注入完毕后，泵送破胶剂，将黏性压裂液破胶降为低黏度的液体，液体流回井筒，返排到地面，当泵注工作结束后，裂缝内只留下支撑剂，起到支撑裂缝壁面的作用，形成了一条具有高导流能力的裂缝通道，起到降低井底附近的渗流阻力的作用，有利于地层远处的油气流向井底，从而提高油气井产量。

通过水力压裂可达到以下效果：

（1）改变流型。生成的具有高导流能力的裂缝通道，使地层中流体由径向流向井底变为单向流向井底节省了大量能量。

（2）沟通油气储集区。对于地层中那些没有与井底相连通的产能区，通过水力压裂，将他们连接起来，增加了新的供油区。

（3）减少采油井数量，长裂缝使远处的油气得到开发采集，减少单位面积上开发井的数量。

（4）克服井底附近地层污染。通过水力压裂可以解除堵塞区所造成的低产后果。

水利压裂新技术——端部脱砂技术

为满足于于中高渗透性地层的水力压裂，形成短而宽的裂缝，开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现场，取得了较好的效果。

（1）基本原理

端部脱砂压裂就是在水力压裂的过程中，使支撑剂在裂缝的端部脱砂，形成