劉聰(中石化中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司，河南 濮陽 457001)

0 引言

隨著石油不斷開采，大多油田進(jìn)入開采中后期，逐漸出現(xiàn)油層含水量逐漸上升，滲透率下降，地質(zhì)環(huán)境不斷惡化問題，導(dǎo)致油田開采難度越來越大。目前常用壓裂液包括：水基壓裂液、油基壓裂液、酸基壓裂液以及泡沫壓裂液等類型，水基壓裂液優(yōu)點(diǎn)主要有懸砂能力較強(qiáng)、粘度較高，以及摩阻低等，缺點(diǎn)則是穩(wěn)定性稍差，比如熱穩(wěn)定性和機(jī)械剪切穩(wěn)定性較其他壓裂液要差一些；油基壓裂液現(xiàn)在由于已經(jīng)被其它系列壓裂液慢慢取代，故而在油氣田開發(fā)中很少應(yīng)用；泡沫壓裂液優(yōu)點(diǎn)主要有對(duì)地層傷害較小、易于返排、摩阻較低，并且攜砂能力與造縫能力較強(qiáng)等，其缺點(diǎn)則是壓裂液所需注入壓力較高；而酸基壓裂液因具有優(yōu)良配伍穩(wěn)定性，特別是對(duì)堵塞物具有較好溶解能力，比如粘土，以及部分漏入儲(chǔ)層而對(duì)孔道造成堵塞泥漿等，酸基壓裂液對(duì)于儲(chǔ)層解堵和恢復(fù)產(chǎn)能具有特別好效果。故而為了提高原油采收效率，滿足石油需求量，現(xiàn)階段國內(nèi)外油田大部分采用酸化壓裂[1，2]技術(shù)實(shí)現(xiàn)油氣井增產(chǎn)增注作用。

1 油氣田酸化壓裂的工作原理

油氣田酸化壓裂技術(shù)通常采用壓裂液是酸液，而且不需要任何支撐劑，其工作原理為：在不高于地層破裂壓力情況下，酸液注入后并且順著地層徑向充分流動(dòng)，過程中酸液和地層中礦物、巖石等固相顆粒發(fā)生溶蝕的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程中還伴隨生成一些可溶性氣體、可溶性鹽等，在整個(gè)酸化壓裂過程中，地層裂縫壁面在水力和酸液溶蝕共同作用下，呈現(xiàn)凹凸不平表面形態(tài)，當(dāng)酸液停泵卸壓后，裂縫壁面孔隙因無法完全封閉，有助于改善酸液滲流的操作條件，具有強(qiáng)導(dǎo)流的性能；同時(shí)，酸液可以溶解原來存在于地層孔道內(nèi)、裂縫中的堵塞物，并隨著酸液逐漸排出地層，這不僅有助于疏通流道，提高地層滲透性，而且有效改造油層，從而實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)增注目的。

2 油氣田酸化壓裂性能要求[3]

在油氣田酸化壓裂技術(shù)中，壓裂液起著極為重要作用。如果壓裂液性能達(dá)不到要求，在油氣田開發(fā)中容易出現(xiàn)各種問題，如壓裂液對(duì)施工管柱產(chǎn)生嚴(yán)重侵蝕、壓裂液破膠時(shí)間短、持膠能力低等，將會(huì)降低油氣田開發(fā)質(zhì)量和嚴(yán)重影響運(yùn)用情況。要使壓裂酸化技術(shù)充分發(fā)揮其功能，一方面對(duì)壓裂液性能有嚴(yán)格要求，主要有：濾失低、摩阻低、比重大、殘?jiān)?、易于返排、攜沙能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性好、與巖石和儲(chǔ)層流體配伍性好，以及貨源廣、價(jià)格便宜、便于配置等。同時(shí)，還需要注意控制酸化壓裂過程反應(yīng)度，合理控制過程中酸液流體漏失，所以必須采用稠化酸液，比如乳化劑、泡沫劑、聚合稠化酸、以及活性劑稠化酸等。

3 油氣田酸化壓裂工藝類型[4]

油氣田酸化壓裂按照工藝技術(shù)大致分成酸壓、酸洗和基質(zhì)酸化三種類型，其中酸壓又可以細(xì)分成普通酸壓、深度酸壓(前置液酸壓、交替注入酸壓)、特殊酸化工藝(平衡酸壓、閉合酸壓)等多種類型。

(1)普通酸壓工藝：也就是常規(guī)酸壓，該工藝通常不會(huì)使用前置液、支撐劑，而是使用鹽酸作為酸化壓裂液，不僅當(dāng)作一種增壓液體使地層受壓開裂，同時(shí)也作為酸化劑，過程中酸化壓裂液與地層巖石、膠結(jié)物等發(fā)生反應(yīng)，但此類酸化壓裂液濾失比較嚴(yán)重，作業(yè)用酸量大，酸液濾失量不容易控制，同時(shí)因?yàn)樗嵋汉偷貙觾?nèi)目標(biāo)礦物、巖石的溶蝕反應(yīng)速度特別快，所以酸化的效果不好。從另一方面看，因?yàn)槭┕み^程中泵的注排量和要求的泵送壓力較低，形成的酸蝕裂縫不能達(dá)到目標(biāo)要求，所以大多用作新井、完井、修井作業(yè)后，或者氣井投產(chǎn)前的常規(guī)處理措施，故又通常被稱作基質(zhì)酸化。

(2)深度酸壓工藝：在酸化過程中可以形成較長(zhǎng)酸蝕裂縫，這是與普通酸壓工藝最大區(qū)別。前置液酸壓工藝是首先使用高粘性但不會(huì)與巖石反應(yīng)前置液，一般使用膠凝水將地層壓開裂縫并進(jìn)入，不僅產(chǎn)生動(dòng)態(tài)裂縫，還可以有效降低裂縫溫度，并在裂縫壁面形成濾餅，然后再往地層注入酸液，主要以無機(jī)酸為主，達(dá)到溶蝕裂縫目的，一般酸液和巖石在高溫儲(chǔ)層下反應(yīng)速度比較快，要獲得有效且動(dòng)態(tài)的縫長(zhǎng)會(huì)比較困難，所以在高溫條件下要求酸液仍然具有高效優(yōu)良的緩速性能這樣才可有效降低儲(chǔ)層溫度，以及酸液與巖石反應(yīng)速度，并且增大裂縫穿透度。交替注入酸壓工藝是通過交替注入高粘性前置液和酸液，從而達(dá)到酸化壓裂目的，在油氣田開發(fā)中，前置液和酸液交替注入過程中，后一次交替注入(即先注入前置液，再注入酸液)，酸液濾失速度會(huì)比前一次濾失速度要低很多，所以為了降低注酸過程中酸液的濾失速度，同時(shí)也是為了加強(qiáng)酸液的導(dǎo)流性能，一般采用交替注入酸液的方式，使用該工藝還可以實(shí)現(xiàn)在前置液中多次酸液指進(jìn)，以及儲(chǔ)層巖石得到更深、更多的溶蝕溝槽。

(3)特殊酸化工藝：平衡酸壓技術(shù)是通過利用擴(kuò)展地層裂縫的壓力，和地應(yīng)力的最小值之間產(chǎn)生的壓力差，當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)開裂現(xiàn)象之后，通過控制注入酸液的排量，可以實(shí)現(xiàn)控制注入酸液的速度，保持與酸液的濾失速度基本相當(dāng)，從而達(dá)到兩種速度間的一種動(dòng)態(tài)平衡效果 ，該方法一方面可以最大限度延長(zhǎng)酸液與地層裂縫壁面之間反應(yīng)時(shí)間，有效控制產(chǎn)生裂縫幾何尺寸，這樣產(chǎn)生酸蝕效果和酸蝕深度將會(huì)更佳，另一方面可以避免將非目標(biāo)地層壓開，從而實(shí)現(xiàn)高效且準(zhǔn)確壓裂目標(biāo)地層；閉合酸壓是在低于儲(chǔ)層破裂壓力時(shí)，向閉合裂縫中注入較低排量酸液，同時(shí)應(yīng)盡可能和井筒之間形成一條開放裂縫，由此才能保證井眼和酸蝕裂縫之間相連通，從而具有較高導(dǎo)流能力高，該技術(shù)適用于已存在裂縫碳酸鹽儲(chǔ)層，可以有效改善井眼導(dǎo)流能力。

4 壓裂工作液應(yīng)用的損害及注意事項(xiàng)

4.1 壓裂工作液對(duì)油氣層的損害

酸化壓裂中工作液返排量是決定油氣田開發(fā)質(zhì)量重要因素，當(dāng)酸液與巖石、膠結(jié)物及堵塞物質(zhì)發(fā)生化學(xué)溶解反應(yīng)，應(yīng)盡可能地將其反應(yīng)物返排到地面，若工作液不能迅速從地層中完全地返排到地面上，過程中地層將會(huì)被產(chǎn)生如酸渣的沉淀所二次損害，造成更嚴(yán)重的堵塞，另一方面，毛細(xì)管因?yàn)榫哂袕?qiáng)吸滲的能力，故而滯留在地層的工作液容易將毛細(xì)管堵塞，并且形成水鎖現(xiàn)象，使得地層受到嚴(yán)重的二次傷害。

若酸與油氣層巖石和流體不配伍，工作液返排更為困難，這也是對(duì)油氣層主要損害方式。下面分別從這兩方面分析損害情況：

(1)首先是當(dāng)酸液與油氣層中巖石若存在不配伍的情況，在地層巖石酸化的操作過程中，酸液一方面不斷沖刷、溶蝕原地層中存在的堵塞物質(zhì)、膠結(jié)物，一方面也會(huì)不同程度地使油氣層礦物、巖石顆粒等逐漸松散，慢慢地脫落而發(fā)生運(yùn)移現(xiàn)象，若不及時(shí)排出去，那么酸液溶解巖石后的反應(yīng)物將會(huì)在地層中再次沉淀，從而被逐漸滯留在地層內(nèi)，造成地層孔道被重新堵塞，反而更加減小地層中的儲(chǔ)、滲空間，這就是酸液與油氣層中巖石不配伍時(shí)，造成酸化失敗的同時(shí)，并對(duì)油氣層造成損害。

(2)當(dāng)酸液與油氣層流體不配伍造成地層的損害，一種情況是若酸液與原油不配伍，兩者一旦接觸將會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的酸渣將會(huì)堵塞地層中的孔道，并且這些反應(yīng)的酸渣很難被消除，一旦產(chǎn)生對(duì)油氣層將造成嚴(yán)重?fù)p害，并且這種損害是不可逆轉(zhuǎn)的，所以對(duì)地層是永久性的損害；還有一種情況是，若酸液與地層水不配伍，酸液與地層水中Na+、K+、Fe3+、Al3+等離子反應(yīng)生成有害沉淀。國內(nèi)外施工實(shí)踐也已表明，向工作液中添加一種高效助排劑，不僅可以使其產(chǎn)生極低的表面張力，還能夠降低了毛細(xì)管的阻力，這種高效助排劑對(duì)于清除地層的堵塞物非常有效，是一種提高返排率既經(jīng)濟(jì)又有效措施之一。

4.2 壓裂工作液應(yīng)用注意事項(xiàng)

壓裂工作液應(yīng)用過程中需要注意主要有以下幾個(gè)方面：(1)首先對(duì)油氣田環(huán)境開展壓前診斷分析。在壓裂前深入分析油氣井層實(shí)際情況，明確診斷油氣儲(chǔ)層敏感特性，同時(shí)對(duì)地層孔隙度、滲透性、壓力、溫度以及有效厚度等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行收集分析，并針對(duì)性制定酸化壓裂計(jì)劃，為實(shí)際油氣田開發(fā)過程施工提供科學(xué)依據(jù)。

(2)其次是要根據(jù)前期對(duì)油氣田地層環(huán)境、壓力、溫度、等相關(guān)參數(shù)，選擇適宜地層壓裂酸化材料，否則即可能對(duì)會(huì)地層造成較大損害。所以一般需要選擇具有一定粘度、懸砂性能、配伍性好壓裂液，具有裂縫導(dǎo)流能力支撐劑，具有一定溶蝕能力和濾失特性酸液，這樣才能滿足作業(yè)需要，達(dá)到地層壓開、裂縫延伸以及輸送支撐劑目的。

(3)在油氣田開發(fā)施工過程中，還需要結(jié)合地層破裂壓力、延伸壓力、濾失系數(shù)等各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際操作情況實(shí)時(shí)跟蹤分析施工參數(shù)，并進(jìn)行工藝、參數(shù)的不斷優(yōu)化，從而保證酸化壓裂過程施工效果。

(4)壓裂酸化施工過程屬于大型油氣田作業(yè)，存在多工種、多工序、高壓狀態(tài)等特點(diǎn)。因此使得壓裂酸化過程中存在影響施工人員健康、生命和周圍環(huán)境的各種危險(xiǎn)因素，如保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)失靈、設(shè)備損壞等機(jī)械傷害，儲(chǔ)罐泄露或違章操作而發(fā)生火災(zāi)爆炸，壓裂液密度低、液柱高度降低等造成的井噴失控，酸液配置過程操作不當(dāng)造成酸液及其揮發(fā)物對(duì)配人員造成的傷害等，故而需要對(duì)壓裂酸化作業(yè)過程機(jī)械傷害、火災(zāi)、爆炸、中毒、窒息等危險(xiǎn)源開展故障樹分析、并制定事故預(yù)防對(duì)策。

5 結(jié)語

隨著目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油氣需求量不斷增加，酸化壓裂技術(shù)在油氣田開發(fā)中起著十分重要作用，面對(duì)地層復(fù)雜巖石條件下的油氣田開發(fā)，原有的普通酸化壓裂技術(shù)已經(jīng)無法滿足需求，因此，酸化壓裂技術(shù)也在不斷根據(jù)需要的逐漸發(fā)展，已經(jīng)逐步發(fā)展成多功能的復(fù)合酸液體系，具有減少濾失、降低阻力、減緩反應(yīng)速度、助排等特點(diǎn)。不過為了更大程度上滿足我國油氣田發(fā)展需要，必須要不斷完善和改進(jìn)酸化壓裂技術(shù)，所以仍需要對(duì)酸液與巖石和流體配伍性、工作液添加助排劑等酸化壓裂技術(shù)做進(jìn) 一步探討，從而在提高油氣田開發(fā)效率的同時(shí)，還能夠減少開發(fā)油氣田對(duì)人員健康、生命和周圍環(huán)境的損害。