浅层低渗油藏的采油工艺和压裂工艺研究

周 铮

［中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300450］

伴随着石油消耗速度的加快，国内的各种优质油藏数量逐渐减少，已无法满足人们对石油资源的需求。对此，油气开发中心逐步转移至浅层低渗油藏的开采，这类油田占新发现油藏的一半以上，由于其具有产能低、渗透率低的特点，开采难度相对较大。为稳定石油的供应，深入探讨采油和压裂工艺显得尤为重要。现就浅层低渗油藏的采油、压裂工艺进行如下论述，希望能为这类油田的开发、利用起到作用。

1 浅层低渗油藏的开发现状

国际上，对于浅层低渗油藏并没有统一的标准，只是一个相对概念。通过分析浅层低渗油藏的生产特征、渗透率，可以将其分为3个类型：一是一般低渗油田，这种储层比较接近一般储层，地层下的水饱和度为25%~50%，具有工业性的产能。但是对于钻井、完井作业而言，极有可能会造成污染，有必要对储层采取保护措施；二是特低渗油田，油田储层含水饱和度大，这类油田的部分油层有低电阻，从某种程度上加大了测井难度。通常来讲，这类储层无法满足工业标准，需要进行压裂作业；三是致密低渗储层，空隙半径小，油气的进入有一定难度，和有效储层下线相似，多没有自然产能，需要压裂作业才能投产[1]。

在国外，浅层低渗油藏的开发已有一段时间，它们始终保持一个观点，特别是高压低渗油田，初次开采压力大，天然气能量充足，应借助自然产能进行开采，可以适当延长低含水期、无水期的时间。借助溶解气驱能量、弹性能量进行开采，由于油层产能递减速率较快，大大降低采收率，一般为10%。进入低产期后，采用注水的方式开采，保持注水能量，此时采收率明显提高，为20%。

2 浅层低渗油藏的采油工艺

按照举油出井的方式，采油工程有很多种采油方法，常见如人工举升法、自喷采油法，其中前者主要适用于油层能量小，无法自喷生产的油田，借助机械设备对底部的油流进行能量的补充，将原油举升出井口；后者则适用于浅层低渗透油田，是指油层借助自身的能量，将原油自油层趋到底部，然后从底部将原油喷到地面的一种方法，相较于人工举升法，这种方式设备简单、产量高。对于采油方式的选择，通常根据举升适应性、经济评价、油井产能等方面确定，现就浅层低渗油藏的采油工艺技术进行介绍。

2.1 注水井增注技术

浅层低渗油藏的开采，其难点在于油藏渗透率低，油气很难在孔隙流通。开采过程中，应保证地层有着充足的压力，从而减小开采难度。要想提高地层的压力水平，可以借助注水量增加的方式增强压力。在注水作业中，应注意以下几点：一是保证注水系统的水质高，水质问题是向浅层低渗油藏注水的保障，应在开始注水至水流下注的整个过程，确保注水质量达标。二是保证注水压力低于储层破裂压力，若注水系统启动时压力较大，自主吸水能力将很难负荷这类油田的要求，此时可以再次增加注水压力，使其和储层破裂的压力相似，从而使接近油藏的位置出现细小裂缝，进一步增加储层的注水量。若借助压力无法提升吸水能力，可采用短裂缝压裂技术进行辅助，注意保证其高度、长度处于规定范围，以免影响注水结果。三是储层的吸水能力要稳定，石油开采过程中，极有可能会遇到速敏、酸敏的储层，这些储层存在很多黏土矿物颗粒，若开采过程给储层带来严重损伤，就会引发安全事故[2]。如若遇到这种情况，可用黏土填充，进而增强储层吸水能力的稳定性。

2.2 大压差采油技术

2.2.1 有杆泵抽油工艺

有杆泵抽油工艺适用于各类油田的开采，比如多层完井、小井眼井等，其由抽油机、抽油泵（安装于油管柱下方）、抽油杆柱组成。抽油杆柱将地面设备的动力、运动力传至抽油泵柱塞，促使其来回运动，油管柱液体增压，将油层产液抽到地面。此工艺优点众多，比如设备操作简单，易于掌握；浅井投资小，开采费用低，能量利用率高；可调节产能，录取相关的资料数据；适用于高腐蚀、结垢的原油举升。同样，其也有一些缺点：井斜摩阻损失大，套管受磨损；设备尺寸大，机动性差，不适于海上平台；中井、深井开采费用高。但总体上看，有杆泵是当前普遍使用的采油泵。

应注意，在该工艺使用期间，应结合油层的实际情况，对采油工艺进行优化设计，技术参数界定为：一是满足油井的提液需求，即在现有开采技术的许可下，满足开发要求，发挥油层潜力；二是应保持较高的系统效率和泵效；三是抽油杆柱组合应符合等强度原则，确保各级抽油杆均匀受力[3]。另外，还要科学地选择油管柱、抽油机等配套设备，保证该工艺技术充分发挥作用。表1为常用抽油机的相关参数。

表1 常用抽油机的各项参数

2.2.2 水利活塞泵抽油工艺

水利活塞泵以液体（加热后）为动力液，抽油操作中，动力液由四通阀持续进入油管，经由液力马达带动抽油泵运作。产出液经过增压处理后，排向油套环形空间，与动力液混合，然后返回地面。水利活塞泵的优点为：通过对动力液循环速度的控制，对泵冲次进行调节；泵效高，一般为65%~70%；适用于多层完井、深井和斜井，检泵时不需要起下管柱。缺点为：动力液消耗量大，若当动力液不充足，将无法开采；高排量井投资大，类似气举，操作费用高；不适于小井眼井、高油气比井。

2.2.3 螺杆泵采油工艺

螺杆泵由电机、电控箱、机架、大四通等组成，泵井下构成为定子、转子、抽油杆等。工艺原理为电控箱将电流输至电机，通过皮带将动力传至输入轴（减速箱），结合卡瓦向抽油杆、转子传送旋转动力。井下的螺杆泵由定子、转子组成，彼此之间形成多个密闭空腔，转子在定子中转动时，空腔会从一端转至另一端，从而将液体提到地面。工艺优点为：井下部件少，地面设备操作简单；设备的机动性好，适用于结垢、高黏原油的开采；能量利用率低。缺点是不适于高排量井和深井。

2.2.4 气举采油工艺

由于浅层低渗油藏的特殊性，开采难度相对较大，油藏开采率也不高。对于渗透性比较低的天然气而言，借助气举采油工艺可以改善开采量。工艺优点包括：井下设备简单，不受井温的控制；防腐蚀简单；高排量时，能量利用率高；适用于小井眼井和斜井。缺点是：高压气举不安全；人工举升投资高，需要建设循环管线，钢材消耗量大，利用率低；容易形成乳化物，增加原油的处理难度；低排量时，能量利用率低。

2.2.5 电潜泵采油工艺

电潜泵采油工艺特点是，将电机直接放在井下，避免使用大型传动装置，采油效率高，适用于海上平台、斜井采油，方便自动化管理。而且，适应广泛的排量变化，排量调整简单，强化排液能力强。缺点是：不适于高温井、低产井；高汽油比井泵效率低，结垢、出砂井容易出事故，泵部件易腐蚀和受损。

3 浅层低渗油藏的压裂工艺

压裂工艺是指采油时借助水力作用，使油层形成裂缝，也称油层水力压裂。油层出现裂缝后，加入支撑剂填充裂缝，提高油层渗透能力，增加产油量。该工艺是低渗油藏开发的有效手段，在多年的发展中，压裂工艺在材料性能、设备等方面取得很大的进步，工艺技术也越来越成熟。

3.1 控缝高压裂技术

控缝高压裂技术，是指在前置液中混入导向剂，同时进入裂缝。根据裂缝方向和高度，科学地选择导向剂，在裂缝底部、顶部形成遮挡层，增强裂缝末梢阻抗，防止裂缝延伸。一般来讲，上浮式导向剂用于缝隙顶部，下浮式导向剂则用于底部，由于裂缝高度会受阻抗、岩石物质等因素影响，形成低渗隔层，控制裂缝的高度[4]。控缝高压裂技术主要适用于浅层低渗油藏，因为其在压裂作业中容易使压裂高度进入遮挡层。

3.2 分层压裂技术

分层压裂技术适用于多层油田，包括：①机械分层压裂技术，借助封隔器分离油层的隔层，逐层进行压裂处理；②封隔器分层压裂技术，此技术应用广泛，借助轴向荷载产生径向膨胀、轴向压缩，从而分隔油层。缺点是工艺复杂，实施难度大；③限流分层压裂技术，对每层孔眼直径、数量进行控制，若压裂层孔眼数量比较小，需要增加压裂液的注入量，来提升压裂层的压力。同时，借助孔眼摩阻增加井底压力，达到逐层压裂的效果。

3.3 选择性压裂技术

选择性压裂技术包括：一是填塞球选择压裂技术，借助封堵球暂时封堵油层（低破裂压力）；二是蜡球选择性压裂技术，借助蜡球封堵高渗层，压裂低渗层。待油田产油后，蜡球逐渐消失，从而释放更多的油量。这种工艺的实施，需要充分了解井下环境，严格控制蜡球数量，因为蜡球价格低廉，所以其经济效益比较高。

3.4 斜井水力压裂技术

斜井压裂施工过程中，受自身斜度的影响，多数伴有近井筒效应，支撑剂、压裂液进入裂缝时，受额外摩阻的影响而提前脱砂，导致相关参数和预期不符，影响油藏产能。对此，可以在前置液中添加支撑剂段塞（低砂比），使液体出现较强的切割作用。对于近井地带的裂缝，切割作用能够帮助液体流动，减少摩擦阻力。此外，对于裂缝比较多的近井带，这种支撑剂段塞可以有效堵塞小缝隙，增加主缝隙的宽度。

3.5 注意事项

（1）设计原则。为保证压裂工艺的实施效果，应基于油藏的地质特征、油藏的开发方案，以提高单井产量、稳产为抓手，借助试验、理论分析等方式优选压裂工艺参数。在保证产能的情况下，明确裂缝半长，尽量通过压裂调整产液剖面，延长开采期。

（2）压裂液的选择。在浅层低渗油藏压裂过程中，压裂液是主要的工作液，既可以传递压力，又会形成水力裂缝，压裂液选择期间应综合考量储层性质、经济状况。在浅层低渗油藏压裂作业中，压裂液的性能尤为重要。由于油层浅、地层能量小、温度低，应保证压裂液有滤失量低、低温交联等特点，考虑压裂液是否会伤害储层，使用快速返排、伤害小的压裂液[5]。目前对于井深不超过800m的井，通常使用表面张力低、低温下彻底破胶的压裂液。

（3）支撑剂的选择。其作用是分隔和支撑裂缝的壁面，使压裂施工完成后裂缝始终有效支撑，从而消除地层的径向流，促使流体进入裂缝。基于力学性质，可以将支撑剂分为：一是脆性支撑剂，变形小，硬度大，易在高闭合的压力下破碎，比如玻璃球、石英砂等；二是四韧性支撑剂，变形大，承压面积随之变化，如铝球、核桃壳等。现阶段，国内外常用的支撑剂为人造陶粒、天然石英砂，前者适用于不同闭合压力，特点是耐温、抗压强度大、密度高、抗盐等；后者适用于低闭合压力的浅井，特点是价格低、密度低、抗压强度低、来源广等。

（4）压裂改造管柱。对于浅层低渗油藏，采用278//平式油管。以国产J55平式油管为例，各项指标见表2。

表2 国产J55平式油管强度设计表

4 结语

随着我国人均消费水平的提升，私家车数量逐年上涨，石油产品需求量也随之增加，给我国的石油生产带来巨大挑战。石油资源经过多年的开采，其品质逐渐降低，浅层低渗油藏数量增多，加强对这类油井采油、压裂工艺的研究，对稳定原油产量具有重要意义。由于采油工艺、压裂工艺比较多，而且每种工艺技术的特点不同，给石油企业工作的开展带来难度。基于此，石油企业应结合油井特征、生产需求，科学地选择工艺技术，以满足生产需求，提高原油利用率。