国内外水力压裂技术现状及发展趋势

综述了目前国内外水力压裂技术发展现状，重点分析了８０年代中后期发展的优化水力压裂设计和９０年代与水力压裂技术相关的新材料（支撑剂、压裂液、添加剂等）和新技术（高砂比压裂、重复压裂、压裂监测和裂缝检测等技术）发展状况。提出了国内水力压裂技术发展趋势，如开发全三维水力压裂软件，研究裂缝诊断技术和装置，以及开发实时现场压裂分析等     

清水压裂工艺技术综述

裂缝的有效性是压裂增产效果好坏的决定性因素。长期以来压裂改造一直围绕提高裂缝的有效性开展工作，力求减少残渣对支撑裂缝的伤害，为此清水压裂随之而兴起。近年来，国外已经在低渗透油气藏中，成功的应用了清水压裂进行施工，并且作了大量的实验和理论研究，结果证明与传统的冻胶压裂相比，在低渗透气藏中清水压裂能产生更好的增产效果，且施工成本明显比传统的冻胶压裂的施工成本低得多。文中在调研国外清水压裂相关文献的基础上，研究了清水压裂的发展历程、增产机理、清水压裂的主要特点、适用范围以及清水压裂的工艺、设计技术。同时介绍了混合清水压裂工艺技术作为清水压裂工艺的延伸与清水压裂技术的不同，列举了四川某口清水压裂应用井作为应用佐证。该工艺技术在国内应用于同类储层以及对同类储层的改造具有重要的参考价值。     

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小型压裂是认识储层特征、为主压裂设计和修改提供依据的一种重要手段。但是对于气藏特别是低渗气藏，考虑到储层伤害及排液影响，进行小型压裂测试的机会不多。文章介绍了小型压裂和主压裂技术在我国某低渗气藏的应用情况，并通过小型压裂的井温曲线分析、小型压裂净压力拟合分析、主压裂净压力拟合分析，提出必须要将小型压裂与主压裂资料综合分析，才能做到既认识储层，又达到了优化压裂设计的目的。同时还研究了两种压裂方式对裂缝垂向延伸的影响。     

小眼井水力压裂的技术探讨

分析小眼井压裂对压裂工艺、支撑剂、压裂液的技术要求，及压裂工艺和压裂液技术面临的难题，提出了解决小眼井压裂技术难题的方法，从技术上论证了眼井压裂的可行性的。     

非常规油气井压裂参数智能优化研究进展与发展展望

非常规油气储层具有非均质性强、低孔低渗的特征，非常规油气井需要进行压裂才能投产，与常规油气储层相比，其工程地质条件更为复杂，对传统压裂参数优化方法提出了挑战。人工智能可以为传统方法难以解决的问题提供解决方法，因此，被引入了非常规油气井压裂参数优化。为推动智能压裂理论和技术的快速发展，系统介绍了非常规油气井压裂参数智能优化研究进展情况，主要包括压裂参数优化目标的确定、压裂参数与压裂效果映射关系的建立、最优压裂参数组合的求解，提出非常规油气井压裂参数智能优化主要向基于光纤的井下压裂数据实时采集和传输、物理–数据协同的裂缝扩展–生产动态模拟、压裂参数智能优化及实时调控集成系统等3个方向发展。     

小型压裂技术的应用

在加砂压裂施工前进行小规模压裂，能使加砂压裂更加有效。通过对近两年来胜利油田应用小型压裂指导压裂设计的4口井实例的总结，说明了为确保加砂压裂施工的成功，尤其对端部脱砂压裂设计，小型压裂必不可少。同时介绍了Nolte方法和步骤，及小型压裂为加砂压裂设计提供的必要参数，讨论了参数解释的影响因素。为配合小型压裂工作，全面提高压裂技术水平，应选部分井进行岩石力学参数解释工作、适当延长压降测量时间，并测出瞬时停泵压力等。     

浅谈老井重复压裂造缝机理

本文通过作者多年工作的经验，结合克拉玛依油田老区重复压裂实例，简述了重复压裂适缝机理和老井压裂成败原因；同时通过地层固有应力分析，介绍了垂直裂缝、水平裂缝与重复压裂增产效果关系。为深入研究重复压裂技术、提高重复压裂水平提供了借鉴。     

振动压裂工艺技术研究与应用

针对重复压裂井效果不理想，研究了一种将水击原理与普通水力压裂相结合的压裂工艺技术－即振动压裂工艺技术。介绍了振动压裂工艺技术增产机理、工艺设计、施工方法和效果分析。在１１口井的现场试验中，工艺成功率１００％，压裂正常井有效率１００％，单井增油与普通水力压裂井相比最少提高３０个百分点，取得了相当可观的经济效益。     

2022 年 3 期目录

随着人工智能技术的快速发展及其在油气领域的广泛应用，智能压裂技术取得较大的进展，包括裂缝参数及压裂参数智能优化、智能压裂流体及材料、智能压裂设备及工具、压裂风险智能预警系统、压裂参数实时优化智能控制和压裂裂缝智能监测技术等方面，但其智能化程度不一，没有形成一个完整的智能压裂技术体系。在分析智能压裂技术现状的基础上，指出了智能压裂的发展趋势，包括开展小数据样本的深度挖掘、建立基于三维甜点分布的地质工程一体化压裂智能决策平台、研制智能响应性压裂流体及材料、研制裂缝扩展四维智能监控模型并实现可视化、研制无人值守压裂设备及智能工具等，这对于形成完整统一的智能压裂技术体系，实现新一轮水力压裂技术的革新具有重要意义。      

浅论油田压裂技术和压裂液的优化选择

目的：针对不同储层性质，选用压裂技术系列中的不同压裂方式，使压裂效果达到最佳。方法：对压裂技术系列中的数种压裂工艺和与之配伍的压裂液的特性、技术关键点及对压裂层的预处理技术分别作了论述和对比。结果：压裂技术是低渗油层改造的重要措施，选准适合油层特点的压裂技术是压裂作业成功的先决条件。结论：低渗透、薄油层是压裂作业的主要对象，压裂前后对压裂井的地应力测井、裂缝监测技术及综合测井资料分析是至关重要的，对即将投入开发的低渗油田，整体压裂改造开发效果会更好，压裂井油层防污染保护和套管保护是压裂作业成功与否的关键点。     

泡沫压裂液研究进展

针对泡沫压裂液在国内外的研究历程,分别将国外和国内泡沫压裂液的研究进展总结为水基泡沫压裂液、植物胶泡沫压裂液、交联泡沫压裂液、高稳泡性泡沫压裂液4个发展阶段和非交联泡沫压裂液研究、酸性交联CO2泡沫压裂液研究与应用、有机硼（碱性）交联N2泡沫压裂液研究与应用3个方面,指出泡沫压裂液的泡沫质量、温度、压力、剪切速率等因素对泡沫压裂液流变性、摩阻、气泡稳定性等影响机理复杂,在认识上还存在着争议与分歧,提出解决CO2泡沫压裂液的腐蚀性、开发出酸性交联稠化剂及多样性酸性交联剂和进一步提高泡沫压裂液耐温抗剪切性及内相气泡的稳定性而增强泡沫压裂液的携砂能力是泡沫压裂液研究发展的主要方向。     

缝内破胶压裂液的研究及应用

在水基聚合物压裂液加砂压裂施工过程中,往往需要添加破胶剂来满足压裂液的顺利破胶返排。目前使用较多的破胶技术是过硫酸盐、胶囊破胶剂结合的楔形追加破胶技术,但仍然存在压裂液的残胶伤害。为此,开展了新型破胶技术的室内研究,成功地研究出能使压裂液彻底破胶的破胶剂组合技术——缝内破胶技术。采用缝内破胶技术的压裂液（缝内破胶压裂液）和常规压裂液比较,缝内破胶压裂液破胶残液最大分子量是常规压裂液的1／8～1／6,岩芯渗透率伤害率降低了30％～40％。在四川GA区块的B井区进行了5井次缝内破胶压裂液和5井次常规破胶压裂液现场应用试验。试验结果表明,缝内破胶压裂液平均返排率比常规高10％左右,平均单井增加天然气测试产量是常规压裂液的1～2倍。     

压裂液对宝浪低孔低渗储层伤害因素的研究

实验考察了压裂液对岩心膨胀及润湿吸附性的影响、压裂液浸泡对岩心的影响、压裂液矿化度和pH值以及压裂液破胶液粘度对储层伤害率的影响,结果表明,造成储层伤害的主要因素为：储层毛管阻力高,对水的润湿吸附严重,造成水锁伤害;压裂液在储层滞留时间长,岩心浸泡后粘土微粒运移对孔道伤害;压裂液破胶不彻底,当压裂液的破胶液粘度大于7 mPa·s时会造成储层的渗透率明显降低。不适当的压裂液矿化度和pH值也会对储层造成较大伤害,则压裂液KCl加量应大于2%,压裂液的破胶液和滤液pH值应小于11。     

一种可回收清洁压裂液的研制和应用

在长庆油田体积压裂施工中需要配制大量压裂液,为避免大量消耗水资源,需对压裂液进行回收利用,而长庆区域普遍使用的羟丙基瓜胶体系回收后不能用于携砂,低分子瓜胶压裂液的回收利用工艺复杂。因此研制了一种可回收的清洁压裂液,该压裂液由3% XYCQ-1稠化剂、0.05% XYPJ-2破胶剂及（0.01%~0.10%）XYTJ-1水质调节剂构成。XYCQ-1稠化剂是将蔗糖经微生物培育、发酵而得到的一种微生物多糖稠化剂,在10 s内可使压裂液黏度趋于稳定,增稠快。XYPJ-2破胶剂是一种天然酶和分子改造酶的混合物,由特异水解稠化剂的多糖构成,通过对稠化剂分子结构进行定点突变,促进酶有针对性的反应,形成非天然的新二硫键,从而保证了破胶液的再次成胶反复使用。XYTJ-1水质调节剂与返排液中的Ca2+、Mg2+等高价金属离子可形成溶于水的络合物或螯合物,消除高价离子对成胶的不利影响。实验表明,该压裂液耐温80.0℃,且有较好的悬砂、降阻及助排性能,在常温静置24 h和80℃水浴中静置15 min后基本无沉降,注入排量为64 L/min时降阻率为67%,岩心损害率仅为6.70%。该压裂液在长庆区域油水平井体积改造中应用21口井,施工用液10.46×104 m3,返排液经分离沉砂等简单处理后即可再配压裂液,处理工艺简单,且回收液配制的清洁压裂液携砂性能良好,现场回收利用多达10次,表明该新型清洁可回收压裂液能满足多级压裂施工要求。      

在线聚合物压裂液的研究与应用

为了解决压裂液废液处理困难和减少压裂液对地层与环境的污染,研制开发出了一种在线聚合物压裂液体系。室内对在线聚合物压裂液的稠化剂、交联剂、黏土稳定剂、助排剂进行了研究与优选,对压裂液的溶胀性能、携砂性能、破胶性能、耐温抗剪切以及对地层的伤害进行了评价,优选出了适合地层温度60~120℃在线聚合物压裂液配方。使用该压裂液在华北油田压裂施工4口井,成功率100%,取得了较好的效果。压裂施工时将低分子聚合物乳液、多效添加剂与过硫酸铵通过计量泵直接打入混砂车内,与混砂车中的水、支撑剂混合就能完成压裂施工,最高砂比可达50%。这种方式直接将配制和施工紧密结合在一起,其优点是:①不用提前配制压裂液,操作简便,施工效率高;②随配随用,使用多少配制多少,不留残液,返排液可用来重新配液,不污染环境;③压裂液体系的pH值呈中性,无残渣,对地层伤害小。      

高效驱油压裂液的开发与应用

针对长庆油田现用瓜胶压裂液摩阻高、破胶残渣多、回收处理难度大的问题,将超分子化学、胶体化学与油田化学相结合,研发出一种可替代瓜胶压裂液的高效驱油清洁压裂液体系,该压裂液由1.5% XYZC-6稠化剂、0.15% XYTJ-3调节剂组成。XYZC-6是一种以近肽链结构的黏弹性表面活性剂与多组分有机溶剂复合而成的材料,是一种可实时连续混配并能重复使用的增稠剂。XYTJ-3与返排液中的各项离子可形成溶于水的络合物,降低矿化度对压裂液的性能影响。实验表明,该压裂液耐温90℃,抗盐可达100 000 mg/L,具有良好的携砂、减阻性能,并且压裂液破胶彻底,破胶液残渣含量为2 mg/L,破胶液的界面张力可达0.01~0.001 mN/m。高效驱油压裂液在长庆油田靖安区块得以成功应用,产后单井产量是相邻井产量的2倍,返排液经分离沉降等简单处理后即可再配压裂液,末端返排液经处理可用于驱油,变废为宝,实现压裂液"零排放、零污染",大幅度降低了压裂液的环境污染,为压裂液"不落地"技术提供了保障。      

硼修饰纳米二氧化硅交联剂研发及性能评价

针对目前常规有机硼、无机硼交联的瓜胶压裂液普遍存在羟丙基瓜胶用量大、残渣含量高等的问题,笔者先将硅酸钠水解制得纳米二氧化硅,然后将制得的纳米二氧化硅与γ-氨丙基三甲氧基硅烷反应得到表面修饰纳米二氧化硅,再与硼酸进行反应,最后制得可交联的硼修饰纳米二氧化硅交联剂,该交联剂粒径主要分别在7～11 nm,可有效降低瓜胶用量及残渣含量。研究了该交联剂交联的羟丙基瓜胶压裂液,室内研究表明,该压裂液体系各项性能良好:在温度分别为50℃、120℃,剪切速率170 s-1下连续剪切120 min,最终黏度均大于50 mPa·s;50℃下破胶60 min,破胶液黏度小于5mPa·s;表面张力22.77 mN/m;防膨率89.6%;残渣含量145 mg/L;岩心基质渗透率损害率为9.82%～14.86%,压裂液各项性能良好,羟丙基瓜胶浓度降低20%,残渣含量降低25%,满足现场施工要求。      

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通过压裂液优化设计（包括压裂液整体性能优化、压裂过程的温度场计算、压裂液变组分动态添加等技术）在新场J2S气藏压裂施工中应用研究，结果表明；以压裂施工过程温度场计算为基础，结合压裂液流变性实验数据设计的压裂液成分及添加剂动态定量添加方法具有降低施工成本，使压裂液性能优化等优点。     

无盐耐高温黏弹性表面活性剂LQ-FJ压裂液性能

研究了由两性表面活性剂LQ-FJ在不同浓度下形成的清洁压裂液及其性能。结果表明,两性表面活性剂LQ-FJ在水中4 min可均匀溶解、自增稠为黏弹性清洁压裂液;当LQ-FJ浓度达2%时无需反离子盐即可形成耐温达110℃的清洁压裂液。黏温曲线表明,2%LQ-FJ体系具有热增稠和热变稀特性。流变特性研究表明,2%LQ-FJ体系具有温度滞后环和剪切触变性,流动曲线可用共转Jeffreys本构方程表征。破胶实验表明,煤油、阴离子表面活性剂J1均可作为2%LQ-FJ体系的破胶剂,室温下破胶液黏度均小于1.5 m Pa·s。     

二氧化碳泡沫压裂技术在低渗透低压气藏中的应用

针对低渗透、低压气藏压裂改造中压裂液返排困难的问题,研究了CO₂泡沫压裂技术,分析了CO₂泡沫压裂过程中井筒和储层温度场变化对CO₂液气转化的影响,对提高CO₂泡沫压裂液的流变性、内相恒定与工艺措施等进行了室内研究.现场试验表明,CO₂泡沫压裂技术能减少进入地层的水基压裂液量,提供地层液体返排的能量,达到了压裂液自喷、快速、多排的目的,从而降低了压裂液对储层的二次伤害,提高了低渗透、低压气藏的压裂效果.