压裂技术

一种神奇的增产方法--压裂

地面排水通常采用挖沟开渠的方法，沟渠越深、越宽，排水能力就越强。在几千米深的地下怎样增强排油能力，提高油井产量呢？人们发明的压裂工艺技术就是众方法之一。压裂是人为地使地层产生裂缝，地下的这些裂缝就相当于地面的沟渠，可大大改善油在地下的流动环境，使油井产量增加。压裂的方法分水力压裂和高能气体压裂两大类。

水力压裂是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。为防止泵车停止工作后，压力下降，裂缝又自行合拢，在地层破裂后的注入液体中，混入比地层砂大数倍的砂子，同流体一并进入裂缝，并永久停留在裂缝中，支撑裂缝处于开启状态，使油流环境长期得以改善。

水力压裂，使地层产生的裂缝形态，一般较单一，但因岩石的性质不同，所生成裂缝的宽窄、长短也不一样。对于硬岩层，最终获得的支撑缝宽3毫米左右，缝长可达百米以上。有人也曾对这些数据提出过质疑：几千米的地下，看不见摸不着，压裂真能获得百米长的裂缝吗？回答是肯定的。它不仅能由一套复杂的公式计算出来，而且多次在现场实践中得到佐证。如某油田胡12-17井的水力压裂过程中，与该井相距150米的胡12-18井喷出了压裂用砂，同时该井抽油泵被砂卡死。12-17井的这些压裂用砂只能通过地下裂缝才能到达12-18井，说明这次压裂生成的裂缝，至少在150米以上。事实上现在也可以通过仪器测试出裂缝的几何形态，也进一步证明了压裂的效果。当前水力压裂技术已经非常成熟，油井增产效果明显，早已成为人们首选的常用技术。特别对于油流通道很小，也就是渗透率很底的油层增产效果特别突出。

压裂酸化工艺发展概况

2007-6-6 17:29:48 国际石油网 网友评论

压裂酸化技术难点和挑战

正如在我国石油工业“十五”规划报告指出的一样：现在我国石油工业面临的形势是新区勘探开发困难，老区的增产挖潜还有大量的工作要做。其中，常规的井网加密已经效果不大，对酸化压裂措施的认识不够。同时，增产措施改造的对象越来越复杂，改造目标已经从低渗、单井发展到了中、高渗和油田整体主要的难题集中在以下几个方面： 1. 复杂岩性油气藏

指的是陆源碎屑岩、碳酸盐岩和粘土矿物以一定比例均匀存在，没有任何一种成份在主导地位。典型的代表是玉门酒西盆地的清溪油田，该油田储量高、品位好，但是储层矿物组成十分复杂。由于矿物的不连续分布，酸压后只能形成均匀、低强度的刻蚀；而水力压裂由于发生支撑剂嵌入和粘土矿物的水敏、碱敏现象严重，因此目前酸压和水力压裂技术对这类储层多为低效或无效。只能考虑从液体体系上改进工艺措施。

2. 高温、超高温、深层、超深层和异常高压地层

以准葛尔盆地、克拉玛依、塔里木和吐鲁番为代表，如柯深101井，压力系数为2.0，温度135摄氏度，千米桥潜山地区井深4000m—5700m，温度在150摄氏度到180度之间。这种地层的技术难点往往是需要的施工压力和压裂酸化液体不能达到要求；酸液的反应时间短，酸蚀作用距离短。 3. 低渗、低压、低产、低丰度“四低”储层

如中石油的长庆苏里格气田压力系数在0.8—0.9，渗透率为0.5—3.0达西，中石化的大牛地油田压力系数0.67—.0.98，渗透率仅为0.3—0.9达西。类似的这种储层在我国占很大的比例，由于产生水锁现象进而产生很难解除的水相圈闭，如果不采用特殊的工艺手段，很难得到高效开发。 4. 凝析气藏

代表有千亿方的塔里木迪那气田和中原白庙深层凝析气藏。这类油田酸化压裂最大的问题是由于压力降低后凝析油的析出产生凝析油环，大大降低了天然气的产量。 5. 高含硫，高含二氧化碳油田

这类油田有被誉为“南方海相勘探之光”的普光气田（储量高达1144亿立方米）；580亿立方米的罗家寨气田。这两个气田的含硫量都在10%—12%，远远超过3%的行业标准。硫化氢的高还原性和化学反应活性容易产生单质硫和硫化亚铁沉淀，在酸化压裂施工中造成二次伤害。同时，高含硫还会加大钻、采、集、输、外运的困难，尤其是在地形复杂，自然条件恶劣的四川丘陵地区。

6. 异常破裂压力油藏

这种油藏埋藏深度和破裂压力不成正比，以川西致密须家河组和赤水地区为例：2000多米的井深破裂压力高达90多兆帕，现场经预处理措施之后，施工压力仍然高达80多兆帕。造成的直接后果就是压不开地层，酸液不能进入，对设备的损害比较大。 7. 缝洞型、裂隙型碳酸盐岩

我国“九五”规划最大的整装油田——塔河油田就是这类油田的代表。塔河油田560万吨产量中有80%是依靠压裂酸化措施取得的。而压裂酸化中最大的难题是注入液体的滤失，因为这种缝洞型、裂隙型油藏已经并非常规意义上的裂缝和孔隙，而是体积巨大的溶洞和裂隙。 8. 低渗稠油

这类油田由于稠油的流动性差，向井流动困难，导致初期增产效果差或无效，酸化压裂有效期短。 9. 水平井、多分支等复杂结构井

我国从80年代中期在海上应用水平井，水平井的采油工艺远远落后于钻井技术的发展。水平井等复杂结构井压裂核心问题是起裂裂缝条数和裂缝方位的控制，水平井酸化存在的问题主要是酸液的均匀置放和长时间浸泡下酸岩反应机理。目前，在这方面已经作了大量的研究工作。 酸化压裂技术发展现状及创新 1. 压裂裂缝延伸数学模型研究

目前已取得的研究成果主要为由西南石油学院率先提出的三维裂缝模型和控缝高技术以及“四变”：变排量、变粘度、变支撑剂类型和支撑剂粒径技术。 2. 重复压裂技术

重复压裂定义为压裂同一口井，同一个层位，同一个地方，区别于常规的认为的第一次压裂无效后的再压裂或是压开不同层段。其技术核心可以概括为“堵老缝，压新缝”，即：堵已经成为储水通道的缝，堵控制区域已经完全或大部分产出的老缝。压新缝的关键是把握新缝压开的时机，新缝的压开总是发生在最大最小应力场改变时。 3. 高含硫油田

目前国外常用的方法是用互溶剂吸收生成的单质硫。现在又提出了“双管齐下”的解决办法：即同时降低铁离子浓度和用硫化氢吸收剂把单质硫的形成扼杀在摇篮中。 4. 低渗低压油田

目标是减少水锁和水相圈闭，可以考虑的途径有：尽量减少进入气层的液量，减少滤液的表面张力，减少毛管阻力。目前的措施包括：○1提高返排速度：液氮伴注，分段破胶，强制闭合，高效返排；○2二氧化碳泡沫压裂；○3自生气/生热增压助排；○4表面活性剂压裂液

5. 异常破裂压力

降低摩阻，增加酸液的密度和强度是治标的方法。治本的途径包括：高能气体压裂、酸化预处理、射孔参数优化。现场实践表明，通过上述方法可以分别减小井口压力10MPa,4—10MPa,5MPa左右。 6. 复杂结构井压裂机理和技术

关键的技术是合理设计压开裂缝条数，优选裂缝长度。以前的观点认为水平井相当于一口水力压裂井，但是最新完井思想认为水平井钻成后必须要做增产措施才能发挥其全部产能。因此完井方式上要预先考虑有利于裂缝的形成，有利于后续的酸化压裂改造。 7. 酸化压裂新观点：

传统观念认为碳酸盐岩水力压裂会造成矿物脱落，堵塞裂缝和孔隙，一般增产措施应该采用酸压和基质酸化；而砂岩油藏由于胶结疏松，容易压破地层边界，酸液均匀溶蚀岩石，不能形成沟槽，酸压后裂缝大部分闭合，没有形成导流能力等原因，经典教科书上都不推荐采用酸压。现场作业已经大大地挑战了上述传统观点，如采用酸基压裂液，冻胶酸的碳酸盐岩水力压裂以及砂岩储层的酸压都取得了不错的增产效果，但其机理研究还需进一步深入。(作者：本文根据中国石油总公司科技培训部和西南石油学院主办的全国压裂酸化工艺技术培训班的部分内容整理而成。)

谈对酸化压裂工艺的再认识

2006年第5期(3月上 总第91期)

徐福昌

（中国石化河南油田分公司，河南 桐柏 474780）

【摘 要】酸化压裂是油田增产增注的一项重要工艺。文章通过对酸化压裂与常规压裂进行比较分析，对酸液漏失量的控制提出了新的见解。 【关键词】酸化；压裂工艺；漏失量控制；速度控制；探讨

【中图分类号】 TE357 【文献标识码】 A 【文章编号】 1008-1151(2006)05-0036-01

注酸压力高于油（气）层破裂压力的压裂酸化，人们习惯称之为酸压。酸化液压是国内外油田灰岩油藏广泛采用的一项增产增注措施。现已开始成为重要的完井手段。通常是将 Hcl在高于破裂压力下泵入地层，造成裂缝或将原油的天然裂缝撑开。当酸沿着裂缝流动时就溶解了裂缝的表面，这时，酸液将同时发挥其化学溶蚀和水力作用来扩大、延伸、压开和沟通裂缝、形成延伸流通能力高的油、气渗流通道。因为酸的腐蚀是不规则的，所以当裂缝闭合时就留下了液流通道制酸液漏失量的必要性往往以裂缝的有效长度取决于用酸量，酸的反应速度和酸从裂缝向地层的漏失量。酸压工艺的效果在很大程度上主要取决于酸蚀裂缝及其流通性。 一、酸化压裂与常规压裂的对比

酸化压裂的基本原理和目的，同使用支撑剂的常规压裂是一致的。两者都是为了扩大裂缝的长度及其流通性，以增强油层的排液能力。为了获得良好的流通性，常规压裂要把砂或别的支撑剂带入裂缝，以防泄压后裂缝重新闭合，而酸化压裂则是依靠裂缝表面的不均匀性，一般不用支撑剂。因此 ，酸化压裂只适用于石灰岩或白云岩地层。

如用同样的增产效果来衡量，酸化压裂和常规压裂两者各有利弊。从操作上讲，酸化压裂不用支撑剂，故较为简单，但酸液要比大多数压裂液昂贵。

酸化压裂液有他自身的不足。常规压裂所造成的裂缝长度，取决于支持剂带入裂缝的距离。酸蚀裂缝长度则取决于酸耗尽前流入裂缝的距离。在高温下，这更是一个问题。影响酸液流入裂缝的距离的最大障碍就是酸液的漏失量。在酸化的过程中，裂缝表面不断的溶蚀，要控制酸液的漏失量，这就是个难题。因为在这种情况下，很难形成滤饼，再加上酸的渗漏很不均匀，会产生“虫洞”，并扩大原有天然裂缝，结果就大大增大了酸渗露的面积，使控制酸的漏失量变得十分困难。 二、酸液漏失量的控制

在酸化压裂施工中，开始是高于岩层破裂压力下挤酸液，后来压力回落到破裂压力以下，并随着施工的继续，压力不断下降。有时，人们把这看作是施工的标志。实际上，这恰是产生酸液大量漏失的征象，结果是使裂缝不能更好的延伸。在理论上讲，应该使酸化压裂的全过程其压力都保持在破裂压力之上。

研究证明，即使有少量酸液的漏失也会形成垂直与裂缝表面的虫洞。这些虫洞，不仅使酸液漏失量的控制更加困难，而且还会改变酸液漏失的方向。大多数酸液是通过虫洞和撑开的天然裂缝漏失的，而并不是从水压裂裂缝表面均匀漏失的。

为了控制酸液的漏失可以使用各种添加剂或别的处理工艺。最早使用的添加剂中有刺梧桐树胶。它能在酸液中膨胀，形成小胶粒，以堵塞虫洞的入口。刺梧桐树胶可单独使用，也可和硅粉或油溶性树脂小圆球共用。但刺梧桐树胶只能在低温下有效，温度超过52度时，就会酸解而失效。

也有用软、硬油溶性树脂作为控制酸液漏失量的添加剂。较大的硬性树脂粒起封堵孔隙喉道和天然裂缝的作用，而小颗粒的软性树脂又把硬性树脂粒之间的孔隙封住。这类材料只有在高浓度下才有效。

由于价格和操作上的，一般来说，添加剂并没有得到广泛的应用。常用的倒是一些其他的方法。其中最常用的是在挤酸之前，注入粘稠的前置液。前置液先进入裂缝，并在裂缝上面形成滤饼。但这种做法的实际效果却值得怀疑。研究证明，这种前置液所形成的滤饼，当酸液渗漏而形成虫洞时就会很快被破坏。这种情况一旦发生，酸液的漏失情况就同没有滤饼是一样了。

近来已采用了一种分次注粘稠前置液和缓冲液的办法来控制酸液的漏失。现在已经有了许多在酸液中稳定的稠化剂，所以胶凝酸已经广泛应用。稠化剂有黄原胶类的生物聚合物，各种丙烯酰胺聚合物以及某些表面活性剂等。用表面活性剂作为稠化剂时，酸液在消耗时会失去粘性。这对于反排废酸液来说是有利的。但是，如果主要目的是为了控制酸液的漏失，那么稠化剂就应使用在酸液漏失的过程时也能保持粘性的物质。 使用泡沫酸也是一种控制漏失的有效办法。但单位体积泡沫酸中含酸量较低。因此，在制备泡沫酸时的采用28%的浓HCL。 三、酸反应的速度控制

有时，在酸化地层温度较高的油井中，酸的损耗是酸液渗透入裂缝深度的一个重要因素。阻滞酸化反应速度有很多办法。有些表面活性剂会使碳酸盐岩石表面形成一层油膜，就可用作缓蚀添加剂。乳化酸也起到阻滞的作用。油包酸乳液同表面活化剂搭配效果最好，可使酸反应速度降低达98%，但酸外相乳化液所起的缓冲作用是有限的。

有机酸，泡沫酸和凝胶酸在阻滞酸反应速度方面，起作用也相当有限。有机酸虽不会完全耗尽，但在高温时，它的反应速度同HCL差不多。泡沫酸虽能大大降低酸的反应速度，但因酸含量低，会很快耗尽。胶凝酸会在裂缝表面形成滤饼，故起到缓冲作用。有趣的是，实践指出，在不渗漏的流动状态下，酸液的粘度对反映速度几乎没有影响。因此，酸液的漏失得到了控制，否则，虫洞的形成就会破坏裂缝表面的滤饼，结果就会大大降低凝胶酸的缓蚀作用。

压裂酸化技术

压裂技术经过半个多世纪的发展至今，已经由简单的低液量、低排量压裂增产方法发展成为一项成熟的压裂配套综合工艺技术，实现了压前地层评估、优化设计、材料优选、实时监测、裂缝诊断、压后评估流程化作业，广泛应用低渗透油气田的开发中，以此来改善储层渗硫条件，提高油气井产能。由上世纪60年代的以解堵和增产为目的的水力压裂发展到目前的开采压裂、立体压裂，即在部署开发井网前就考虑水力压裂的方位、长度和导流能力等对邻井及整个油气藏生产动态可能造成的影响，通过研究开发井网系统和水力裂缝系统的优化组合，获得较高的经济效益和最终采收率。在此发展过程中，由于压裂设计、压裂液和添加剂、支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝监测等方面的迅速发展，使水力压裂技术在逢高控制技术、高渗层防砂压裂、端部脱砂压裂、大砂量多级压裂、身穿透压裂、分层压烈和重复压裂等方面都取得了较大的突破。

目前，国外中、高渗层端部脱砂压裂技术普遍应用；深井超深井压裂技术、泡沫压裂技术、纯二氧化碳压裂技术得到发展；适应不同地层特征和压裂工艺要求得水基、泡沫、油基和乳化压裂液及添加剂形成系列压裂设备已拥有3000型压列车、地应力方位测试设备等；拥有全三维裂缝模拟软件；天然裂缝性油气藏中水力裂缝的扩展及延伸机理研究继续深入，并比着手研究宏观各项同性地层中水力裂缝的扩展问题。 国内压裂技术，已普遍应用于低渗透储层的改造，特别时随着大型和特大型低渗透储层气藏的相继发现，通过引进国外先进技术、装备和组织攻关、试验研究，基本上形成了与不同储层相适应的一系列压裂及配套技术，取得了显著的增产效果。但国内水力压裂技术与国际相比，基础研究、压裂设备及各种测试仪器等方面存在较大的差距：大尺寸、真三周物理模型试验等基础研究仍未开展；水力裂缝方位及几何尺寸的测试手段优先；泡沫压裂、纯二氧化碳压裂、大型压裂和针对中、高渗透层端部脱砂压裂等工艺技术尚处于先导性试验阶段，国内压裂设备基本全部进口，最好的只有2000型压列车系统；清洁压裂液尚在研究；多层压裂技术仅处于起步阶段，装备和工具还不配套，因此建立不同压裂工艺设计方法，完善配套的施工工艺等低渗透油气藏改造和产能评估技术是下步工作的难点。要大力发展裂逢现场实时监测和诊断技术，开发出较好的监测诊断装置，诊断出实际的水力压裂裂缝的几何形态，这是水力压裂技术进一步发展的关键。裂缝诊断可以验证或修正水力压裂中使用的模型、县则压裂液、确定加沙量、加砂程序、采用的工艺以及开发方案等，进而降低压裂成本和提高油气采收率，达到合理高效开发油气田的目的

出师表

两汉：诸葛亮

先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也

。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。