石油压裂支撑剂作用机理及发展前景

邹立萍 王建平

摘要：世界的飞速发展愈加体现石油资源的重要性，石油是珍贵的不可再生资源，是支撑工业化进程、各国国民经济腾飞的必要条件。全球石油资源稀少尤其是在我国，因此，如何做到有效开采愈加重要。本文对石油压裂支撑剂作用机理及发展前景进行分析，以供参考。

关键词：压裂支撑剂;作用机理;发展前景

引言

通过实际调查发现，当改造一段时间低产油气井压裂后，会导致压裂裂缝明显失效，一定程度上不仅会影响到油气井产量的明显上升，而且也不利于企业今后的可持续发展道路。大多数低产油气井企业为了促使单井产量实现不断提高，在储层盖改造过程中，可以借助重复压裂技术。

1压裂支撑剂的分类

按加工工艺及使用的原材料不同，支撑剂可以分为天然石英砂、覆膜砂和陶粒3类，尽管陶粒和覆膜砂的支撑性能明显好于天然石英砂，但其成本较高，天然石英砂仍是水力压裂作业中的最常用的支撑剂。第一层是陶粒，高強度、尺寸和形状均匀、抗温、导流能力高;第二层是覆膜砂，中等强度、尺寸和形状不规则、导流能力中等;第三层是天然石英砂，低强度、尺寸和形状不规则、导流能力低。除了覆膜砂和陶粒外，近几年出现了许多被赋予特种功能的人工压裂支撑剂，由于价格高，其应用数量和规模有限，常常针对某一类特殊地层应用，多在常规压裂支撑剂中混入少量使用，或专门用于压裂设计优化的先导井。

2压裂技术原理及存在问题

基于低产油气井初次压裂问题之后，不管是外界因素还是压力因素等方面，都会导致地应力状态受到严重的破坏。在企业反复进行压裂操作工序中，第一次的裂缝周边会有不同程度的诱导应力场，结合之前的应力场影响，会在该区域范围内构成协同应力场。基于应力场当中，不管是井筒还是第一次裂缝的周边范围，都回形成再次的定向，伴随着地层压力的不断减小，应力方向也会出现相应的变化，相比较于较小的水平主应力，有着较大水平的主应力下降的幅度明显较大。与此同时，在地应力出现改变之后，当初期最小水平主应力不断增大的基础上，就会导致压裂裂缝的方向出现改变。

3支撑剂的作用机理

撑剂的嵌入机理，当填砂裂缝闭合压力增大时，支撑剂可能会嵌入地层改变裂缝缝宽，使宽度变小，裂缝导流能力下降严重。此外支撑剂浓度增大也会加剧嵌入对导流能力的伤害程度。闭合压力和浓度值较小时，伤害表现并不明显，但增大到一定值时危害就会体现出来。因此在油井进行水力压裂前需要研究支撑剂嵌入机理，考虑其嵌入比例、弹性形变量对裂缝宽度的影响，在数值模拟的基础上，对比分析支撑剂浓度、弹性模量等因素对裂缝宽度和导流能力的影响规律，用物模数据证明结论，避免嵌入情况发生。

4压裂支撑剂新进展

4.1智能膨胀支撑剂

智能膨胀支撑剂是由热固性形状记忆聚合物材料制成，其形状记忆效应可通过温度等被激活产生膨胀，轻微释放其存储应力，开启地层中的一些微小裂缝，而不至于压碎岩石，起到保持或进一步增加缝宽和导流能力的作用。同时，支撑剂的膨胀性能在缝内激活后会产生人工屏障，防止支撑剂回流井筒。整个注入过程简单，无需单独压裂泵注设备，可随常规支撑剂一起按照设计泵序分批注入。路易斯安纳州立大学开展了智能膨胀式支撑剂室内研究，物理模拟和数值模拟结果表明，智能膨胀式支撑剂自身强度及激活膨胀后的应力释放对裂缝导流能力的影响最为显著。

4.2电磁支撑剂是在低密度支撑

剂表面增加导电涂层，使其具有超导特性，用于压裂裂缝监测，克服微地震裂缝监测技术无法分辨裂缝是否是被支撑剂充填的缺陷。美国卡博公司与康菲石油公司合作研发了基于电磁支撑剂的裂缝监测技术，并在现场进行了试验。压裂车将涂有导电涂层的可探测支撑剂泵入地层，下入井下电场发生装置产生特定频率的电场。此时具有特殊超导特性的支撑剂产生携带了位置信息的二次感生电磁场，该二次感生信号可以被布置在地面的接收器接收，随后应用反演算法将电磁场反推对支撑剂的分布进行精确成像，得到支撑剂的具体方位。采用低密度导电涂层20/40目支撑剂在美国二叠盆地一口水平井中进行了成功应用，实现了支撑剂的可视化功能，提高了压裂效果评估的准确性。

4.3支撑剂的发展前景

支撑剂的发展前景，水力压裂可以在低渗透、物性差的油藏内进行压裂，本已不具备开采价值的油气田会再次拥有产能，而支撑剂的性能对压裂效果起到关键作用。另外，世界上页岩油开采技术的突破也给支撑剂的发展带来契机。为赶上压裂技术的发展，支撑剂也应当在以下几方面进行研究：（1）适应水平井压裂技术需要，支撑剂的水平运移速度实际情况下会受到裂缝壁面、宽度以及支撑剂浓度的影响，当支撑剂粒径与缝宽的比值较大时，支撑剂浓度发生变化，或者裂缝壁面润湿性发生变化时，支撑剂的运移铺置都会受到影响，无法跟上前置液的速度，导致压裂效果变差。目前市场上支撑剂的性能已经不能达到这些要求，随着水平井压裂技术的日趋成熟，研发出性能更优、增产效果更好的支撑剂迫在眉睫;（2）降低支撑剂密度，由于低密度支撑剂所受重力小、体积大、浮力大，在缝高的方向沉降速度缓慢，支撑效果明显，这样能够得到的有效裂缝支撑面积也就越大，因此如何在保持优质性能的条件下研制出低密度的支撑剂也是未来的一个研究方向;（3）要经济环保，随着工业不断发展，工厂生产同时也排出许多固体废弃物，造成环境上困扰，可用这些废弃物来制造支撑剂，节省成本保护环境又紧贴时代可持续发展的绿色思想。

结束语

简而言之，通过实际调查发现，在现代化发展背景下，低产油气井企业为了能够促使单井的产量不断提高，在改造重复压裂技术过程中，最合理的方式及时强制性裂缝转向重复压裂技术。具有较强成功率以及较强适用性的压裂技术，不仅保证压裂操作稳定进行，而且也是企业提高产量的重要保证。在此项技术应用过程中，为了得到高质量的裂缝转向压裂效果，在应用强制性裂缝转向重复压裂技过程中，相关工作人员就必须把控好转向剂的加入速度，确保此项技术的价值能够真正发挥。

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