地下油气储层渗透性有高有低,因此,高渗透储层的油井产量就高,而低渗透和特低渗透储层的油井产量就低。低渗透和特低渗透储层的岩石相对致密,人们形象地称为“磨刀石”,要想从“磨刀石”中把更多的原油采出来有什么好办法呢?
从深埋地下几千米的“磨刀石”中把原油采出来可真不是一件容易的事。最终石油科学家和石油工程师发明了一种神奇的方法,那就是“压裂增产法”,这种方法就是在地下岩石中“劈开”一条、多条甚至上百条裂缝,并用石英砂等坚硬的颗粒把裂缝撑住,人为造出地下原油流动的“高速路网”,使原油快速流向井筒,提高储层的渗透率,达到增加原油产量的目的。
在地下储油岩层“劈开”裂缝需要巨大的能量,这些能量由地面各种大块头机械装备来提供。“劈开”裂缝有多种方法,最先发明的是水力压裂法,后来又发展出了酸化压裂、高能气体压裂、二氧化碳压裂、体积压裂等方法。世界上第一口压裂井作业,1947年在美国的堪萨斯州Houghton油田实施,中国第一口压裂井作业是在玉门油田的老君庙油田实施。
水力压裂法发明最早,应用也最广泛。这种方法依靠地面的多台高压泵车,将高压压裂液从地面注入井筒,在油井井底产生高压,利用液体的不可压缩性迫使地下储层岩石破裂形成裂缝并向地层深处延伸。为保证停泵后压裂裂缝始终保持开裂状态,向裂缝中填充砂子形成支撑。
在地下将砂子填入岩石裂缝是一件非常困难的事情,一方面需要把砂子填充到位,另一方面要保证砂子有足够的强度不被压碎,以保证在劈开裂缝的液体压力释放后,在地应力作用下裂缝闭合时,充填裂缝的砂子不会破碎并形成高速通道。为了将砂子送入裂缝,需要采用高黏液体携带砂子,并通过井筒输送到裂缝中的预定位置,这种携带砂子的液体在工程上称为携砂液。
开展水力压裂最重要的环节是做好压裂工艺设计,以达到最佳压裂效果,设计既要考虑储层岩石类型、储层孔渗特性等情况,也要考虑地域情况,如戈壁、丘陵、平原的压裂井场大小、用水来源等,同时还要考虑经济性,如选用什么样的砂子,压裂液体才能获得最高的投入产出比。
压裂增产措施由早期的直井解堵为主,发展到非常规储层水平井分段压裂,先后经过了单井直井压裂、整体压裂、开发压裂、直井多层压裂、水平井多段压裂和体积压裂等发展阶段。水力压裂在较长一段时间内都是应用在直井、砂岩储层中,人们一度认为地层产生的裂缝形态较为单一,然而因岩石的性质不同,所形成的裂缝宽窄、长短、高低并不一样。可以通过微地震裂缝监测、测斜仪、光纤监测等多种方式来观察裂缝的几何形态,进而评价压裂的效果。