油田酸化压裂工艺优化及设备选型研究

油田酸化压裂工艺优化及设备选型研究

王恺，张根，王信涛

中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司

河北任丘 062552

摘要：随着油田开发进入中后期,油藏渗透率降低,产能递减,亟需采取有效措施挖掘剩余潜力。酸化压裂是一种通过向地层注入酸性压裂液,在岩石中形成裂缝网络,改善油藏渗透性能,从而提高原油采收率的增产改造技术。科学设计酸化压裂工艺参数、合理选择压裂设备是实现增产上产的关键。本文分析了当前油田酸化压裂工艺设计及设备选型中存在的问题,提出了优化注酸参数、合理选择压裂液、完善压裂设备配置、加强施工过程监控等对策,以期为油田酸化压裂作业提供参考。

关键词：油田；酸化压裂；工艺优化；设备选型

引言：

酸化压裂是油田增产改造的重要措施,科学优化酸化压裂工艺、合理选择压裂设备对于提高压裂效果、延长油井使用寿命、降低开发成本具有重要意义。然而,由于油藏地质条件复杂、压裂工艺设计不够精细、设备选型不合理等原因,部分酸化压裂措施增产效果不佳,制约了油田效益最大化开发。为此,有必要对现有酸化压裂工艺及设备选型进行优化与改进,充分发挥该项技术的增产增效作用。

一、油田酸化压裂工艺优化及设备选型的重要性

（一）提高压裂效果,增加油井产量

酸化压裂是提高油井产量、恢复油藏产能的有效途径。科学设计压裂工艺方案,对压裂段位置、注酸速度、注酸量等参数进行优化,使酸液与地层深入反应,能显著改善近井地带渗透性,为原油渗流创造通道。有研究表明,酸化压裂可将井筒半径附近的渗透率提高1~5倍,大幅降低油气渗流阻力[1]。合理选择压裂设备则可提供更大的排量和压力,使压裂液更好地进入地层,扩大裂缝延伸范围。一般来说,高排量、大功率压裂车可使压裂裂缝半长增加20%～30%。优化后的工艺与设备使油井产能得到充分恢复,日增产量可达到2~5倍。

（二）延长油井使用寿命,降低开发成本

优化的酸化压裂工艺及设备不仅能提高压裂效果,还可延长油井使用寿命,获得更高的经济效益。油井在长期生产过程中,井筒和油管结垢、堵塞问题日益严重,原油不畅,产液量逐步下降,严重影响采油系统的正常运行[2]。定期开展酸化压裂作业,及时疏通井筒和油管中的堵塞物,可有效缓解油井产能衰减,延缓废弃井的出现。一口废弃井的维护成本动辄上百万元,相比之下,开展一次酸化压裂的费用只有几十万元。采用合理的工艺及设备进行酸化压裂,可显著降低油田的修井成本和综合开发成本,在低油价环境下尤为重要[3]。

（三）促进油田可持续发展,保障国家能源安全

从宏观角度来看,油田的产能恢复和效益提升对于促进区域经济发展、保障国家能源供应具有战略意义。我国是石油消费大国,原油对外依存度已超过70%,能源安全形势严峻。而国内大多数油田已进入开发中后期,产量持续下滑,难以满足能源需求的快速增长。在此背景下,优化酸化压裂工艺、提高单井采收率,可在一定程度上缓解国内原油供需矛盾。

二、油田酸化压裂工艺及设备选型中存在的问题

（一）酸化压裂工艺设计不够精细

目前,部分油田在制定酸化压裂方案时,缺乏对储层特性的深入分析,压裂参数设计较为粗放。一些工程师凭经验确定注酸速度、酸液浓度等关键参数,忽视了不同地层岩性、温度、渗透率等因素的影响,导致酸化压裂效果欠佳。如在某碳酸盐岩油藏实施酸化压裂时,未充分考虑地层温度的影响,将压裂液温度设计过高,结果造成烧结现象,堵塞了地层孔隙,适得其反。

（二）压裂液选择不当,与地层特性匹配度低

部分工程师对压裂液与地层特性的匹配关系考虑不足。例如在高温、深井油藏压裂时,常规黏弹性压裂液的高温稳定性较差,易发生剪切降解,但一些方案仍沿用此类压裂液,结果无法在井底形成连续压裂。又如某些压裂设计选用高浓度盐酸,与碳酸盐岩反应过快,加剧了酸液沿裂缝的无效泄漏,造成压裂液沟通不足。

（三）压裂设备老化严重,频繁发生故障

目前部分油田使用的压裂设备存在明显的老化问题。有的压裂车已运行十多年,设备管汇锈蚀严重,压裂泵磨损显著,维修频繁,作业效率低下。统计表明,一些老旧压裂车平均200个工作日就要进行30～40次大修。在高强度作业的情况下,老化设备发生破裂、爆炸事故的风险大大增加。一旦发生事故,不仅会影响施工进度,还可能对人身和环境安全造成威胁。此外,设备故障还会导致压裂作业中断,延长油井的非生产时间,给油田带来直接的经济损失。

（四）施工过程监控不到位,作业效率低下

在实际作业中,一些油田的监控措施不完善,流于形式。如压裂准备阶段,缺乏对钻井液性能、酸液浓度的实时检测,影响了后续压裂效果。压裂施工过程中,未对压力、流量等参数进行连续记录和及时分析,无法根据压力变化情况优化注酸曲线。在排液阶段,未加强返排液的实时监测,导致残余酸液对油藏造成二次伤害。监控不到位使得一些关键参数偏离设计值,影响了压裂效果。

三、油田酸化压裂工艺优化及设备选型的对策

（一）优化注酸参数,提高酸化压裂精度

1.精细描述地层特征,合理划分压裂段

提高酸化压裂精度的前提是准确把握油藏的地质特征。应充分利用测井、录井、岩心分析等资料,对目标区段的岩性、孔隙度、渗透率、温度等参数进行精细刻画。在此基础上,结合储层非均质性、应力状态等因素,综合评价地层的可压性,合理划分酸化压裂的治理对象。一般来说,对于厚层段、高渗透油藏,可采用较大的酸液用量和注酸排量,实施长段压裂；而对薄储层、低孔隙度油藏,则应降低单段酸量,增加分段压裂次数。

2.科学设计注酸速度、注酸量等参数

在明确压裂层段的基础上,应进一步优化注酸参数,以提高压裂裂缝的几何尺寸。注酸速度直接影响裂缝的形成与延伸。对高温、致密储层,可适当提高注酸速度,使压力迅速升高至岩石的破裂压力,形成贯通性良好的裂缝网络；而对高渗透、厚层油藏,则应降低注酸速度,控制裂缝高度,防止压裂液过度泄漏。注酸量的多少决定了裂缝体积的大小。应综合考虑地层吸收能力和施工成本,在保证一定裂缝规模的同时,避免过量注酸造成返排困难。优化后的注酸参数,可使压裂裂缝的长度增加30%～50%,导流能力提升1~2倍。

（二）合理选择压裂液,提高与地层的匹配性

1.综合考虑地层岩性、温度、渗透率等因素

压裂液的选择必须根据储层的岩性、温度、渗透率等特征因地制宜。例如,碳酸盐岩储层与常规压裂液的相容性差,多采用交联酸胶压裂液,交联剂与碳酸盐岩反应生成凝胶,可暂堵高导流能力裂缝,提高压裂液沟通程度。对于高温油藏,应选择耐温性好的压裂液体系,如采用低残渣胶凝酸压裂液,在高温下具有优异的流变性和携砂性能。而在低渗透油藏压裂时,则应选用滤失速度慢、酸岩反应温和的压裂液,控制酸液泄漏。

2.优选黏度适中、耐温性好、与岩石相容性高的压裂液

除了要适应地层特性外,压裂液自身还应具备优良的综合性能。首先,压裂液的黏度要适中,低黏液易于泵入,但携砂和减阻能力差；高黏液则不易泵注,且存在堵塞地层的风险。一般认为,优选黏度范围为100~200mPa·s的压裂液。其次,压裂液要具有良好的耐温性能。地层温度越高,压裂液的热降解反应越强烈,易导致黏度下降、砂子沉降。常用的压裂液耐温极限在120℃左右,对于超深层、高温油藏,可采用复合交联压裂液,提高耐温性至160℃以上。

（三）完善压裂设备配置,提升作业效率

1.引进高端压裂车、连续混配装置等先进设备

提高压裂作业效率的重要举措是优化设备组成。目前国内大型油田普遍采用2500HP以上大功率压裂车,最大排量可达16m³/min,设计压力高达140MPa,较传统压裂车提高30%以上,可满足超深井、高压力层段压裂的需要。同时,大型油田还引进了具有实时数据传输、故障诊断等智能化功能的压裂车,实现了压裂全过程的精确控制。连续混配装置是近年来应用的另一项先进设备,通过自动化控制系统精确计量添加剂用量,实现了压裂液的实时混合,较传统间歇混配效率提升5倍,可有效缩短压裂时间。

2.加强设备维护保养,提高设备完好率

良好的设备管理是确保压裂作业高效进行的重要基础。油田应结合机器磨损规律,制定科学的检修计划,定期对压裂泵、管道阀件等关键部件实施预防性维护,及时更换易损零件,避免设备带"病"作业。同时,要加强作业现场的设备巡检,重点检查高压管线的密封性、阀门的灵活性,一旦发现泄漏、卡涩等异常情况,应立即停机排查。定期开展设备运行分析,建立健全压裂装备的台账资料,为后续优化设备选型提供数据支撑。

（四）加强施工过程监控,保障作业质量

酸化压裂施工涉及诸多环节,必须实施全过程的质量监控。压裂准备阶段,应对钻井液的粘度、含砂量等指标进行检测,确保其性能满足压裂要求。同时,要加强对压裂液添加剂的质量控制,尤其是对活性较强的化学品,应检查其含量、pH值是否合格。压裂作业中,要采用压力、流量一体化监测系统,实时采集并传输压裂参数,为优化压裂曲线提供依据。排液返排阶段,要做好返排液的定性定量分析,重点监测酸液浓度、二次返排量,评估压裂液体系的性能。通过加强关键环节的质量管控,可使压裂达到最佳工况,充分发挥增产增质作用。

四、结语

油田酸化压裂是石油工程技术的重要组成部分,其工艺优化与设备选型对于提高原油采收率、延长油井使用寿命、降低油田开发成本具有重要意义。通过分析当前酸化压裂工艺设计及设备选型中存在的问题,本文提出了一系列优化对策,包括:精细描述储层特征,优选压裂参数；综合考虑地层岩性、温度等因素,合理选择压裂液体系；引进大功率压裂车等先进设备,强化设备维护管理；加强压裂施工全过程的质量监控等。这些对策可有效提高酸化压裂的针对性和有效性,促进工程措施增产上产。

参考文献:

[1]成浩.油田压裂酸化施工设备管理对策分析[J].信息系统工程,2023(3):61-63.

[2]周子伦.酸化压裂技术在低渗透油田开发中的应用探索[J].中文科技期刊数据库（全文版）自然科学,2023(5):0092-0095.

[3]王征.油田压裂酸化技术分析与研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）自然科学,2023(5):0073-0076.