水力压裂技术新进展.pdfVIP

水力压裂技术新进展

引言

水力压裂技术发展迅速，特别是20世纪80年代末以来，在压裂材料、工艺技术和设计

方法等方面都取得了新的进展。20世纪80年代后期和20世纪90年代初，水力压裂已不仅

仅用于低渗透油气田的改造，在中、高渗地层以及环境条件恶劣的地区(海洋、沙漠、沼泽等)，

水力压裂作为布井方案的重要影响因素，也受得了广泛的重视。在保证施工成功率的前提下，

设计和工艺措施更强调施工的有效率。为此，在过去措施前地层评估的基础上，深入研究了

引起支撑裂缝渗透率(导流能力)伤害的原因，提出了减少伤害的各种措施和方法。同时，为了

保证施工质量，探索出了一整套压裂实时监测和施工参数监控技术，并研制出了一整套适用

于不同地层条件(温度、渗透率)的低伤害新型压裂材料(支撑剂、压裂液、添加剂等)以及相应

的新工艺、新技术（高砂比压裂、重复压裂、压裂监测和裂缝检测等）。

水力压裂新工艺和新技术

1、端部脱砂压裂技术（TSO）

随着油气田开采技术的发展和多种工艺技术的交叉综合运用，压裂技术应用范围已不再

局限于低渗透地层，中高渗透地层也开始用该技术提高开发效果。当压裂技术应用于中高渗

透性地层时，希望形成短而宽的裂缝，并尽可能地将裂缝控制在油气层范围内。为了适应这

一特殊的要求，国外于20世纪80年代中期研制开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现

场，目前国内也开展了这方面的研究，并取得了很大的进展。

（1）端部脱砂压裂的基本原理

端部脱砂压裂就是在水力压裂的过程中，有意识地使支撑剂在裂缝的端部脱砂，形成砂

堵，阻止裂缝进一步向前延伸；继续注入高浓度的砂浆后使裂缝内的净压力增加，迫使裂缝

膨胀变宽，裂缝内填砂浓度变大，从而造出一条具有较宽和较高导流能力的裂缝。端部脱砂

压裂成功的关键是裂缝的周边脱砂，裂缝的前端及上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到

预期的目的。

端部脱砂压裂分两个不同的阶段。第一阶段是造缝到端部脱砂，这实际上是一个常规的水力

压裂过程，目前的二维或三维模型都可以应用。第二阶段是裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段，

这一阶段的设计是以物质平衡为基础，把第一阶段最后时刻的有关参数作为输入参数来完成

的。

（2）端部脱砂压裂的技术特点

在端部脱砂压裂技术中，压裂液的粘度要满足两方面的要求：一是保证液体能悬砂，二

是有利于脱砂。若压裂液的粘度过低，液体内不能保证悬砂，裂缝的上部就会出现无砂区，

达不到周边脱砂的目的，在施工过程中也容易导致井筒内沉砂。若压裂液的粘度过高，滤失

就会较慢，难以适时脱砂。所以端部脱砂压裂技术对压裂液的粘度要求比常规压裂液的要严

格一些。

和常规压裂相比，端部脱砂压裂技术的泵注排量要小，这是为了减缓裂缝的延伸速度，控制

缝高和便于脱砂。前置液的用量也比常规压裂少，目的是使砂浆前缘能在停泵之前到达裂缝

周边。而端部脱砂压裂的加砂比通常高于常规压裂，以提高裂缝的支撑效率。

（3）端部脱砂压裂的适用范围

端部脱砂压裂技术的突出特点是靠裂缝周边脱砂憋压造成短宽缝，因此只能在一定的条

件下使用。主要用于浅层或中深地层(能够憋压地层)、高渗透或松软地层以及必须严格限制缝

高的地层。

2、重复压裂技术

重复压裂技术是改造失效井和产量已处于经济生产线以下的压裂井的有效措施。美国对

重复压裂技术的理论研究、工艺技术和矿场应用都作了大量有成效的工作。如美国的Rangely

油田在891口井上作业1700多次，许多井压裂达4次之多，重复压裂成功率达到70％～80％。

Northwestbarkunit油田在重复压裂作业时采用先进的强制闭合技术和端部脱砂技术，取得了

很好的经济效益。重复压裂可用来改造低、中渗透地层；适用于常规直井、大斜度井和水平

井。

(1)选井原则

根据油井生产史、地层评价结果及开发动态综合分析进行选井。

①油井必须有足够的剩余可采储量和地层能量；

②前次压裂由于施工方面的原因造成施工失败；

③前次压裂生产情况良好，压裂未能处理整个油层或规模不够；

④前次压裂后效果不错，但未给整个措施段提供有效支撑，采取重复改造措施，改善出油剖

面。

(2)工艺技术

重复压裂一般要求比初次压裂有更高的导流能力。

①采用高砂比压裂技术形成高导流能力裂缝；

②采用强制闭合技术使改造段达到最大充填。

使用的压裂液有各种类型(硼交联HPC、胍胶、钛交联HPC等)，一般用柴油(5％～50％)

或能降解的聚合物作防滤失