简介

油层压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施, 从1949 年开始就已成为国内外油田增产效果显著、应用广泛的一种方法。现今的压裂设备能力, 可压开6 000 m 的深井, 造缝长度可达1 km。

原理

水力压裂就是用高压大排量泵向油层挤注具有一定粘度的液体, 当挤入液体的速度超过油层的吸收速度时, 在井底附近形成足够高的压力。这种压力超过井底附近油层岩石的破裂强度及作用在油层上岩层的压力时, 就会使油层产生裂缝或裂缝张开。此时继续挤入液体,已形成的裂缝就会继续向油层内部扩张。挤入油层的液体一方面使裂缝向油层内部延伸, 另一方面, 由于裂缝和油层间存在压差( 破裂压力与油层压力之差) , 大量的液体经过裂缝的壁面渗滤到油层中去

当进入裂缝的液体量大于缝壁的漏失量时, 裂缝便不断延伸, 从而渗滤面积增大, 通过缝壁的滤失量也增大, 则裂缝延伸的速度愈来愈小。当进入裂缝的液量等于滤失量时, 裂缝会重新闭合。为了保持压开的裂缝处于张开的状态, 必须在挤入液体中加入支撑剂( 例如砂子之类) 支撑已形成的裂缝。油层中存在有这种被支撑剂所充填的一条或多条裂缝时, 就大大增加了油层的渗透能力, 减少油流阻力,油井就能增产。

要想在油层里形成足够长的裂缝, 必须用高压, 大排量的泵和其他设备; 必须用滤失量低, 悬砂能力强的压裂液, 以及适宜的支撑剂。

地层岩石结构是非均质的, 并存在微细的天然裂缝及层理, 因而所产生的裂缝数目和方向从理论上难以准确预计。一般取决于岩石所受的地应力状态。矿场实验指出: 在浅油层(700～800 m) 可能产生水平裂缝, 超过1000 m 或1200 m, 多半出现垂直裂缝。

压裂液类型及其性能要求

压裂液按其物理、化学性能可分为油基、水基和混合基三种类型。目前国内常用的压裂液为水基压裂液( 由槐树豆粉、田菁粉以及决明子等配制而成) , 也有的采用油水乳状压裂液。

按施工过程压裂液的作用, 可将它分为预压液: 起劈裂油层作用; 携砂液: 兼有将支撑剂带入裂缝中, 并延伸裂缝的作用; 顶替液: 将井筒中的携砂液顶替到裂缝中。压裂液在压裂过程中消耗量较大, 对它的性能控制和选择, 直接影响到压裂效果, 施工成败和成本高低。压裂液主要性能应满足:

(1 ) 渗滤性低, 以较少的用量得到较长的裂缝;

(2 ) 悬浮性能好, 能将支撑剂全部、均匀地带入裂缝, 而不沉于井底, 得到长的填砂裂缝;

(3 ) 摩阻损失少, 易于泵送, 以降低井口压力;

(4 ) 同地层原有流体及岩层有较好的配伍性;

(5 ) 粘温性能、热稳定性好, 能适应深井高温高压的要求;

(6 ) 压完后废液易于排出, 不堵塞地层;

(7 ) 来源广, 成本低, 易于配制。

支撑剂的类型及其质量要求

支撑剂的选用对于压裂效果有着很大的影响。按支撑剂的性质可分为两大类: 一类是韧性的, 如金属球、塑料球、核桃壳。其中金属球强度大, 塑料球、核桃壳球强度较低; 另一类是脆性的, 如砂子、玻璃球。玻璃球强度较高, 砂子强度低, 目前应用最广泛的仍然是石英砂, 但随着井的深度增加和地层硬度增大, 采用高强度支撑剂逐渐增多。