王志超，謝小敏，王心竹

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.油氣地球化學(xué)與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢 430102）

目前，我國(guó)的原油對(duì)外依賴度已經(jīng)達(dá)到百分之七十以上，而且隨著我國(guó)的快速發(fā)展，石油產(chǎn)量已經(jīng)越來(lái)越滿足不了我國(guó)的石油需求。國(guó)內(nèi)近些年在非常規(guī)方面大力投入，但新發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量大的油田很少，且距離真正實(shí)施開(kāi)采還有一段距離。因此，當(dāng)務(wù)之急是要讓現(xiàn)有油田實(shí)現(xiàn)油氣增產(chǎn)。與國(guó)外相比，無(wú)論是地質(zhì)導(dǎo)向工具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、隨鉆測(cè)量系統(tǒng)、新型鉆井液、完井工具等先進(jìn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，還是眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)、井下摩阻分析、井眼軌跡控制和完井技術(shù)等專項(xiàng)技術(shù)方面都有一定的差距。所以，我國(guó)的油氣增產(chǎn)之路任重而道遠(yuǎn)。本文通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)油氣增產(chǎn)的各種技術(shù)進(jìn)行了綜合分析，探討不同技術(shù)在油氣增產(chǎn)方面的優(yōu)劣，為后續(xù)研究人員就該技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)提供一個(gè)全面的技術(shù)基礎(chǔ)把控。

1 物理增產(chǎn)技術(shù)

物理技術(shù)主要采用物理方法進(jìn)行油氣增產(chǎn)，包括壓裂技術(shù)、電脈沖技術(shù)、超聲振動(dòng)+高壓放電技術(shù)等技術(shù)?，F(xiàn)將這類技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹如下：

1.1 壓裂技術(shù)

油氣增產(chǎn)，特別在致密油藏，壓裂技術(shù)一直是不可回避的課題。其中水平井分段壓裂技術(shù)是今后低滲透油氣增產(chǎn)的主要方向，相智文等[1]建立了水平井分段壓裂的有限元模型，并進(jìn)行了模擬研究，給出了壓裂前后井筒直徑變化和應(yīng)力分布的變化情況，對(duì)壓裂工程設(shè)計(jì)具有很高的參考價(jià)值。

同樣是針對(duì)低滲油藏，申貝貝等[2]針對(duì)低滲透儲(chǔ)層，在開(kāi)孔管外封隔器分段壓裂的基礎(chǔ)上，采用高強(qiáng)度水溶性暫堵劑封堵壓裂早期形成的裂縫，使其不斷憋壓而在段內(nèi)發(fā)生多次起裂并延伸，形成多條新的裂縫，實(shí)現(xiàn)了水平井封隔段多裂縫壓裂工藝。這樣，通過(guò)先封堵早期裂縫，然后用高壓對(duì)新的裂縫進(jìn)行壓裂，可以在裸眼水平井封隔器的各段實(shí)現(xiàn)多條裂縫，從而減少封隔器的數(shù)目、壓裂滑套的數(shù)目和坐封球的差序數(shù)目，不僅可以降低成本，增加效益，而且可以增加壓裂體積（裂縫數(shù)目），提高壓裂效果。重復(fù)壓裂也是提高油氣產(chǎn)量的重要途徑之一。杜衛(wèi)平[3]對(duì)重復(fù)壓裂機(jī)理進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)井筒周圍地應(yīng)力場(chǎng)的分析，提出了影響裂縫形態(tài)的主要因素，找出了垂直裂縫和水平裂縫不同的力學(xué)機(jī)理，建立了地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算模型，并結(jié)合滲流力學(xué)理論建立了地層和裂縫的數(shù)學(xué)模型，為重復(fù)壓裂改造油田提供了理論依據(jù)。

盧祥國(guó)等[4]針對(duì)三維延伸裂縫、全懸浮攜砂液縫內(nèi)砂堤分布特征，也提出了一種模型-垂直裂縫增產(chǎn)倍比預(yù)測(cè)模型，并利用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行了求解。該方法適用于垂直裂縫全懸浮壓裂液壓裂施工時(shí)的效果預(yù)測(cè)，與電模擬方法比較結(jié)果表明，該方法具有較高的預(yù)測(cè)精度，對(duì)于模擬壓裂增產(chǎn)有重要作用。另外林英松等[5]提出，射孔、高能氣體壓裂和“層內(nèi)”爆破聯(lián)作是低滲透油藏改造的最佳方案之一，讓油田引進(jìn)100 多年的爆破技術(shù)有了新的發(fā)展。

在《2018 年國(guó)際石油十大科技進(jìn)展》中，“長(zhǎng)水平井+超級(jí)壓裂”技術(shù)赫然在列，將“長(zhǎng)水平井+超級(jí)壓裂”技術(shù)進(jìn)行集成配套并整體部署，切實(shí)發(fā)揮技術(shù)組合的綜合威力，起到“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)油氣增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用[6]。

1.2 電脈沖方法

常規(guī)水力壓裂耗水太多，且容易破壞油層，不利于油氣增產(chǎn)，所以徐旭哲等[7]研制了一種低能耗、低傷害、用于油氣藏增產(chǎn)增注的深井電脈沖壓裂裝置，采用同軸型的高壓金屬化薄膜電容器可很好地適應(yīng)井下金屬筒結(jié)構(gòu)；高壓變壓器采用原邊并聯(lián)，副邊整流后串聯(lián)的方案也可以大大減小變壓器和整流器的尺寸，更好地適應(yīng)深井需求。采用自觸發(fā)放電開(kāi)關(guān)，可連續(xù)工作2 000 次以上，能較好地滿足1～2 次的使用要求。

同樣是運(yùn)用電脈沖技術(shù)，劉毅等[8]為解決大部分油田尤其是老油田存在因污染堵塞而減產(chǎn)的問(wèn)題，提出了不同于傳統(tǒng)的化學(xué)解堵和壓裂解堵的方法-水中脈沖激波對(duì)模擬巖層破碎的方法，該方法通過(guò)在井下油層段產(chǎn)生強(qiáng)力的液電脈沖激波，解除油田射孔堵塞，增加巖層裂縫，促進(jìn)油的滲透，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，較傳統(tǒng)的解堵方法而言，不存在環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)安全高效，工藝簡(jiǎn)單，操作時(shí)間短，實(shí)際應(yīng)用效果好。

1.3 超聲振動(dòng)+高壓放電技術(shù)

同樣是為清除儲(chǔ)層的堵塞物，恢復(fù)和提高石油天然氣產(chǎn)層的滲透性能，楚澤涵等[9]提出了超聲振動(dòng)和高壓放電技術(shù)的方法，該方法主要是對(duì)儲(chǔ)集層進(jìn)行空化清洗、增溫降黏和對(duì)乳化的石油破乳（超聲頻段），以及通過(guò)振動(dòng)增加儲(chǔ)集層的滲透率和補(bǔ)充儲(chǔ)集層能量。該方法具有成本低、見(jiàn)效快、無(wú)污染、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可與其他方法結(jié)合使用，特別適用于初次見(jiàn)水或低含水生產(chǎn)井。

1.4 可控負(fù)壓射孔技術(shù)

關(guān)于可控負(fù)壓技術(shù)，唐玉成等[10]以及許正恩[11]先后做了深入的研究，可控負(fù)壓射孔技術(shù)彌補(bǔ)了正壓射孔技術(shù)在地層接近零壓力條件下射開(kāi)的不足，從而提高了負(fù)壓差值，有利于清理地層污染，改善油氣生產(chǎn)環(huán)境循環(huán)，提高空氣循環(huán)效率?？刂曝?fù)壓射孔技術(shù)對(duì)油氣井具有良好的增產(chǎn)效果。

1.5 水射流破巖鉆徑向水平微小井眼技術(shù)

目前，各種單射流不能同時(shí)打大孔和深孔。為此，廖華林等[12]設(shè)計(jì)了一種兼有直接射流和旋轉(zhuǎn)射流優(yōu)點(diǎn)的直接旋轉(zhuǎn)混合射流鉆頭，隨著圍壓的增加，射流的破巖能力下降，為徑向側(cè)鉆微小井眼射流鉆頭的設(shè)計(jì)提供了方案。

雖然壓裂技術(shù)存在諸多弊端，但是其依然是低滲油藏增產(chǎn)的主要物理方法之一，其主要方向應(yīng)該是改進(jìn)工藝，推進(jìn)水平井壓裂的研究，避免或減少對(duì)儲(chǔ)層的破壞以及防止污染環(huán)境，而且其可與其他方法結(jié)合，以此獲得更加理想的效果。另外電脈沖方法作為更加安全高效，工藝更加簡(jiǎn)單的方法目前已經(jīng)展示出它在油氣增產(chǎn)方面的潛力，但是目前發(fā)展還不成熟，存在問(wèn)題較多，需要進(jìn)一步研究和完善。另外，改善油氣在開(kāi)采環(huán)境中的流通是油氣增產(chǎn)的重要途徑之一，超聲振動(dòng)+高壓放電技術(shù)相對(duì)于壓裂優(yōu)勢(shì)明顯，可控負(fù)壓射孔技術(shù)前景廣闊。

2 化學(xué)增產(chǎn)技術(shù)

2.1 化學(xué)解堵方法促進(jìn)油氣增產(chǎn)

在化學(xué)增產(chǎn)技術(shù)中，有很大一部分是針對(duì)壓裂之后如何解堵來(lái)增產(chǎn)的方法。熊兆軍等[13]提出了一種柴油處理技術(shù)。該技術(shù)在壓裂、防砂、增產(chǎn)措施中的應(yīng)用，可以起到解堵、降黏、清潔開(kāi)采的作用，從而有效地保護(hù)油氣層，在低滲透、高含蠟油藏的壓裂施工中，以及高孔高滲稠油油藏的壓裂防砂中是非常有效的?？潜蟮萚14]分析了生物酶解堵技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景，該技術(shù)在解決出砂稠油井堵塞嚴(yán)重、高分子聚合物引起的儲(chǔ)層傷害、復(fù)合垢引起的儲(chǔ)層堵塞、非均質(zhì)地層解堵效果不佳等問(wèn)題上效果明顯，但是生物酶解堵技術(shù)普遍存在成本較高、對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較差、應(yīng)用范圍較小等問(wèn)題，解堵效果也有很多的提升空間，因此需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)一步改進(jìn)。

李兆敏等[15-17]、陳月飛等[18]的科技成果《氮?dú)馀菽蜌庠霎a(chǎn)作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用》，其中幾項(xiàng)發(fā)明水平井泡沫酸洗、泡沫負(fù)壓混排解堵、疏松砂巖油藏置換防砂、泡沫控制油井底水錐進(jìn)等方法，創(chuàng)建了氮?dú)馀菽蜌庠霎a(chǎn)作業(yè)技術(shù)體系，有效解決了非均質(zhì)地層和長(zhǎng)井段的均勻布酸、疏松砂巖油藏的長(zhǎng)效解堵及儲(chǔ)層改造、邊底水錐進(jìn)過(guò)快引起油井暴性水淹、低壓井漏失污染的技術(shù)難題。

2.2 壓裂廢液的處理方法探索

壓裂廢液的處理同樣是影響儲(chǔ)層性能好壞，以致于影響油氣增產(chǎn)的重要因素之一。祖帕爾·卡斯木[19]探索了國(guó)內(nèi)處理壓裂廢液的六項(xiàng)新方法：“五步法”、“六步法”、生物法、納米光化技術(shù)、電絮凝、超臨界水氧化法，這六種方法各有利弊且發(fā)展程度也有不同，但是六種方法都非常符合國(guó)家現(xiàn)在對(duì)于環(huán)保的要求，值得進(jìn)一步研究和發(fā)展。

2.3 防止儲(chǔ)層損害的有效措施

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，防止儲(chǔ)層損害比修復(fù)受損儲(chǔ)層更為有效。酸化和水力壓裂是廣泛應(yīng)用的油氣增產(chǎn)措施，但是，由于工作液與儲(chǔ)層巖石及儲(chǔ)層流體的不配伍，會(huì)出現(xiàn)水敏性黏土礦物膨脹和微粒堵塞孔喉等現(xiàn)象，影響出油效果，李甫等[20]經(jīng)過(guò)分析提出了防治方法：（1）選用與儲(chǔ)層巖石和流體相配伍的酸液體系；（2）使用前置液；（3）使用適當(dāng)?shù)乃釢舛龋唬?）優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最適合的施工參數(shù)；（5）加強(qiáng)施工，質(zhì)量控制，另外還應(yīng)繼續(xù)發(fā)展新技術(shù)、新工藝，將儲(chǔ)層的損害程度降至最低，這樣才能有效促進(jìn)油氣增產(chǎn)。

2.4 VES 的改進(jìn)成果

楊江等研制出一套針對(duì)傳統(tǒng)黏彈性表面活性劑（VES）壓裂液的缺點(diǎn)，系統(tǒng)研究了VES 壓裂液的改性理論和壓裂液返排廢水重新利用技術(shù)，設(shè)計(jì)合成了系列環(huán)保型低傷害黏彈性表面活性劑，建立了一系列模型理論，對(duì)于低滲透致密油氣藏增產(chǎn)有很大幫助。

2.5 微支撐劑、納米材料以及納米乳液在油氣增產(chǎn)方面的發(fā)展

微支撐劑對(duì)壓裂工藝過(guò)程有重要作用。與人工主裂縫相比，微裂縫具有數(shù)量多、裂縫寬度小、走向復(fù)雜等特點(diǎn)。常規(guī)支撐劑很難形成有效支撐，所以如何提高微裂縫的導(dǎo)流能力是進(jìn)一步提高致密油氣開(kāi)采能力的關(guān)鍵所在。李奔等[21]提出了微支撐劑提高致密油氣產(chǎn)量的內(nèi)在機(jī)理。根據(jù)我國(guó)致密油氣藏的孔隙規(guī)模，結(jié)合基質(zhì)的微裂縫開(kāi)度和孔隙大小，確定了微支撐劑的選擇原則。

另外，納米材料作為目前很火的一項(xiàng)技術(shù)在油氣增產(chǎn)中同樣潛力巨大，牟紹艷等[22]分析了納米材料在石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用，其中在油氣增產(chǎn)領(lǐng)域，納米材料作為添加劑可以顯著提高壓裂液性能，在保護(hù)地層的情況下實(shí)現(xiàn)原油的有效開(kāi)采，并能顯著減少壓裂液濾失量，提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。此外，稀釋微乳液（納米乳液）作為儲(chǔ)層改造添加劑在實(shí)驗(yàn)室已取得一定進(jìn)展，主要用于壓裂排水助排、氣井增產(chǎn)、酸化、防垢和除蠟等領(lǐng)域。該納米乳液濃度低，處理效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益好，具有良好的開(kāi)發(fā)前景。然而，微乳液體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用受到很大的限制，由于表面活性劑的存在，大多數(shù)微乳液體系不能進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，開(kāi)展高效、低成本環(huán)保型微乳油田增產(chǎn)輔助劑及其增產(chǎn)機(jī)理的研究，將是油氣田增產(chǎn)輔助劑的研究方向之一[23]。

化學(xué)增產(chǎn)方向，解決壓裂之后的儲(chǔ)層破壞占了很大一部分，目前我國(guó)石油的產(chǎn)量還是主要依賴于一些“老油田”，而這些油田普遍存在儲(chǔ)層破壞的問(wèn)題，所以說(shuō)，如何解決儲(chǔ)層的破壞問(wèn)題已然是重中之重。另外納米技術(shù)展示了它在油氣增產(chǎn)方面的潛力，但是受制于發(fā)展水平依然沒(méi)有達(dá)到要求，納米技術(shù)完全應(yīng)用于油氣增產(chǎn)還有一段距離。

3 結(jié)論

目前物理增產(chǎn)技術(shù)和部分化學(xué)增產(chǎn)主要針對(duì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中如何做到增產(chǎn)，大部分化學(xué)技術(shù)聚焦于修復(fù)目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的油田儲(chǔ)層的堵塞以及破壞，要想真正做到讓油田合理的增產(chǎn)，那么做好開(kāi)采前和過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)是物理增產(chǎn)技術(shù)以及部分化學(xué)增產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的前提；另外目前我國(guó)老油田占大多數(shù)，所以說(shuō)儲(chǔ)層修復(fù)技術(shù)的發(fā)展也至關(guān)重要，如何讓老油田煥發(fā)“第二春”也是提高我國(guó)石油產(chǎn)量的關(guān)鍵。另外，納米技術(shù)在油氣增產(chǎn)方面顯示出了遠(yuǎn)大前景，雖然目前研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，但未來(lái)潛力非常巨大，值得深入研究。