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沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 摘要 为了提高油田采收率，充分挖掘老油田的生产潜力，沈阳油田从8 0 年代末 就开始对油藏进行改造压裂试验，经过十多年的研究与技术攻关，总体上见到 了较好的效果。到目前已累积增油3 6 1 万吨。该项目的运作方式从计划经济的 行政决定逐步过渡到了以效益为目标的项目管理，使企业逐渐适应动态多变的 市场环境。 但是企业高级管理人员在对增产措施项目做决策时，必须要有技术和经济 上的科学依据，才能做出最优的技术方案。本文从技术方案选优角度出发运用 技术经济学的基本理论，通过对国外油田、辽河油田，特别是沈阳油田以往油 层压裂改造增油( 增注) 项目决策与实施过程的总结与分析，以系统的观点， 提出了对压裂改造增产措施项目实施技术经济评价的方法，给出了压裂选井选 层、压裂时机、压裂液、支撑剂以及压裂工艺的选择原则与方法，较详细地介 绍了压裂设计方案的前期经济评价、压裂施工过程控制，提出了压裂项目后评 价的基本思路和评价方法，同时对项目资金管理以及技术管理也作了论述，对 沈阳油田其它增产措施项目技术经济评价提出了下一步的建设意见。 关键词：油气田压裂改造；项目实施；技术选优；经济评价 堕堕塑型垦墼堡旦塞堕垫查丝堕堂塑一 a b s t r a c t i no r d e rt oe n h a n c eo i lr e c o v e r y ，d r e d g eu pp r o d u c t i o np o t e n t i a lo f t h eo i lf i e l d b e i n gd e v e l o p e d ，s h e n y a n g o i lf i e l d b e g a n t o t r y o i l f r a c t u r i n g t r a n s f o r m a t i o n t o w a r d so i lr e s e r v o i rf r o mt h eb e g i n n i n go f19 8 0 s ，a n dg o tag o o dr e s u l ti nt h em a s s t h r o u g hm o r et h a n10y e a r s r e s e a r c h i n ga n dt a c k l i n gk e yt e c h n o l o g i c a lp r o b l e m s u n t 1t h ee n do f2 0 0 4 t h et o t a li n c r e a s e do i lp r o d u c t i o nh a sr e a c h e d3 6 1 ，0 0 0t o n s r u n n i n gm o d eo ft h ep r o j e c tr e t u r n st op r o j e c tm a n a g e m e n ti nt h ea i mo fb e n e f i t f r o me x e c u t i v ed e c i s i o ni np l a n n e de c o n o m yi th a se n a b l e dt h ee n t e r p r i s et oa d a p tt o t h ed y n a m i ca n dv a r i e dm a r k e t se n v i r m m a e n t b yd e g r e e s b u tt h es e n i o rm a n a g e r so ft h ee n t e r p r i s e ，w h e nm a k i n gd e c i s i o n sw i t hr e s p e c t t oe o r p r o j e c t ，m u s tp r o v i d es c i e n t i f i ca n de c o n o m i cb a s i sa n dm a k e t h eo p t i m u m t e c h n i c a lp l a n a c c o r d i n gt ot h eb a s i cp r i n c i p l eo f t e c h n o l o g i c a le c o n o m y ，b yu s i n g t e c h n i c a lo p t i m u ms e e k i n gm e t h o d ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h eh i s t o r y o ff o r e i g no i l f i e l d s ，l i a o h e o i lf i e l da n d p a r t i c u l a r l ys h e n y a n g o i lf i e l d i n d e c i s i o n - m a k i n ga n da c t u a l i z i n gp r o c e s sc o n c e r n i n gt h ep r o j e c to fe n h a n c i n go i l r e c o v e r y ( a u g m e n t e di n j i e c t i o n ) t h r o u g hf r a c t u r i n gt r a n s f o r m a t i o no fo i lr e s e r v o i r ， b r i n g sf o r w a r dt h et e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i ca p p r a i s i n gm e t h o d o ft h e p r o j e c tf o r f r a c t u r i n gt r a n s f o r m a t i o ne o r w i t hs y s t e m i cp o i n to f v i e w , i n t r o d u c e st h es e l e c t i n g p r i n c i p l ea n dm e t h o d s ，i n c l u d i n gs e l e c t i n g w e l l sa n dp a yz o n e st ob ef r a c t u r e d ， w e l l - t i m e df r a c t u r i n g ，o p p o r t u n i t yo fc a r r i n go u tw o r k o v e rt r e a t m e n t ，b r i n g i n go n s t r e a mt i m ea f t e r f r a c t u r i n g ，f r a c t u r i n gf l u i d s ，p r o p p i n ga g e n t s a n d f r a c t u r i n g t e c h n o l o g i e s ，p u t s r a t h e rd e t a i l e df o r w a r dt h ee c o n o m i ce v a l u a t i o na tt h ee a r l i e r s t a g ea b o u tf r a c t u r i n gd e s i g np l a n s ，w o r k i n gp r o c e s sc o n t r o lo ff r a c t u r i n g ，t h eb a s i c t h o u g h ta n da p p r a i s i n gm e t h o da f t e rc o m p l e t i o no ff r a c t u r i n gp r o j e c t ，i nt h em e a n t i m e ，d i s c u s s e s t h em a n a g e m e n tc o n c e r n i n g p r o j e c t sc a p i t a l a n d t e c h n o l o g i c a l m a n a g e m e n t ，f u r t h e r m o r e ，p u t sf o r w a r dc o n s t r u c t i o n a ls u g g e s t i o nf o ro t h e re o r p r o j e c t s t e e h n o l o g i c a la n d e c o n o m i ce v a l u a t i o n k e y w o r d s ：o i l & g a s o i l f i e l d s f r a c t u r i n gt r a n s f o r m a t i o n ；p r o j e c t i m p l e m e n t a t i o n ；t e c h n o l o g i e s o p t i m i z a t i o n ，e c o n o m i ce v a l u a t i o n 大连理工大学m b a 学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下开展研究工作所 取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或其它教育 机构的学位或证书而产生的成果( 如学位论文等) 。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果， 并愿为此承担一切法律责任。 学位论文作者签名：务 存 日期： 寸年乡月r ，日 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 1 引言 1 1 问题的提出 作为国民经济的重要支柱之一的石油资源是不可再生的，因此，充分利用 己发现的石油地质储量，提高石油采收率，便成为当今世界各国石油工业界最 主要的工作目标之一。我国陆上油气田的一个突出特点是低渗透油气j 千| 比例比 较大，特别是“八五”和“九五”以来，新增的油气储量中，低渗透油气储量 的比例呈逐年上升的趋势，约占四分之一以上。要开发动用好这批低渗透储量， 并得到较好的经济效益，其根本的出路在于提高采油( 气) 指数，从而实现较 高的单井产量。要达此目的，最有效的方法就是应用水力压裂技术和酸化技术 改造油气层，提高采油( 气) 指数，从而提高单井产量。 油气田压裂改造技术是目前我国陆上低渗透油气田开发过程中最有效的增 产措施之一，水力压裂技术从7 0 年代初开始在中国陆上油气田广泛应用，在实 践中不断提高水平，特别是通过引进技术和装备，使我国的水力压裂技术水平 大幅度提高。目前水力压裂技术已成为陆上油气田一项重要的增产措施，并使 一批低渗透油气田得到了有效的开发。并且压裂的年旌工能力已达到5 0 0 0 井次 以上，年增产油量已超过1 0 0 0 万吨( 含跨年有效井的增产量) ，为老油田的稳 产特别是低渗透油田的开发，起着不可替代的作用。但由于其投入高，风险大， 牵涉技术较广，因此各油田在上措施时都比较审慎。其实，任何企业的投资都 是为了在未来获得满意的回报，而未来的收益又会受到诸多不确定因素的影响， 如何提高投资的成功率，降低投资风险，顺利地收回投资，获得预期的效益， 在很大程度上，取决于对这些不确定因素的分析和控制，取决于压裂改造方案 的经济合理性和技术选择性的科学统一。 随着科学技术的迅猛发展，各种压裂新工艺、新技术、新压裂液配方、新 型压裂设备层出不穷，使得实现统一目标的方案越来越多，但是否都经济合理， 况且随着油田开发的不断深入，同益突出的资源接替紧张，后备储量不足：投 资缺口大；成本控制难等三大矛盾时刻威胁我们。如何通过技术整合，达到少 投入，多产出，实现方案最优化，给决策者带来了艰难而复杂的问题。因此， 结合沈阳油田沈9 5 块近年来压裂改造增油状况，提出了对沈阳油田压裂项目实 旋技术经济评价。 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 1 2 相关理论基础 1 21 有关石油技术经济学的几个基本问题 1 2 1 1 石油技术经济评价概念 随着石油科学技术的进步和国民经济发展的需要，对石油工程项目做决策 时，必须要有技术和经济上的科学依据。工程技术和经济人员对工程项目的技 术方案，从技术和经济上进行分析研究的结果，可作为选择最佳技术方案和进 行决策的可靠依据。从技术和经济两个方面所作的分析研究工作，就是“石油 技术经济分析”或“石油技术经济评价”工作，也属于技术经济学研究的范畴。 石油地质勘探的技术进步，既扩大了找油领域，而又使石油探明储量大幅 度增长。由于钻井技术的发展，既提高钻井速度，降低钻井成本，又加快油田 勘探投产进度。在原油开采和油井增产措旌方面，也采用大量的新工艺和新技 术。油田采用注水开发，在提高原油开采速度的同时，也提高了油层采收率， 做到了充分利用地下石油资源。如采油速度从2 提高到4 5 ，乃至7 8 ，而 油层采收率则从2 0 3 0 增加到4 0 左右，结果使油田产量上升，成本降低，油 田开发效果得到很大的改善。由此可见，石油技术的进步和应用必须讲求技术 经济效果，即在研究石油工程项目的技术方案、采用新工艺和新技术时，不仅 要评价经济效果，而且要进行技术论证，尽量采用适用的先进技术，以发挥最 大的经济效果。任何一项技术的实现都要耗费一定的人力、物力和财力，每项 新技术的开发和应用要节约社会劳动消耗，改善劳动条件，创造更多的物资财 富，也就是温，要增加经济效益，它才有发展的生命力。 1 2 1 2 石油技术经济评价的内容和任务 1 、石油技术经济评价的内容 石油技术经济评价的主要内容包括技术比较、经济分析和效果评价。技术 经济评价工作的范围很广，如制定技术发展政策和规划，选择技术方案和措施， 评价技术活动的成果等等，都需要技术经济评价。而其中心环节是技术方案的 比较和选优。 2 、石油技术经济评价的任务 石油技术经济评价的主要任务就是正确处理技术和经济这一对矛盾，使技 术上的先进性和经济上的合理性很好地统一起来，求得他们之间的最优解。特 别是在石油工程项目的技术经济评价活动中，客观存在的可变因素是难以预料 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 的，既有数量化的，也有非数量化的。因此，在石油技术经济评价工作中，一 方面需要有定量计算的结果，另一方面，也要有定性论证的结论。在作分析比 较时，既不能满足于定性的分析，也不应只重视定量的计算，而应综合地、系 统地使用定性和定量的方法。 1 2 1 3 石油技术经济评价指标体系 任何一项技术方案和技术措旌的实施，都需要消耗大量人力、物力和资金。 因此在方案评价活动中。仅凭一、两项指标是难以做到全面反映和衡量一个方 案经济效果的好坏，就需要设置和运用一系列指标。这些相互联系，相互补充， 能全面反映和衡量经济效果的一整套指标，构成技术经济效果的指标体系。 所谓指标，一般是指一个数量概念，也就是用一定的数量概念来综合反映 社会现象( 如石油勘探和油田开发技术活动) 某一方面的情况。 按这个数量概念的表达方式，指标有三种形式：( 1 ) 绝对指标，如反映石 油勘探与开发方案的最终成果指标，有石油探明地质储量和原油年产量多少万 吨；( 2 ) 相对指标，用比例数表示，要用相对数。如两方案相比较，甲方案的 投资额比乙方案少百分之多少；( 3 ) 平均指标，用平均系数表示。如平均单井 日产量，平均年产油量等。 实际上，在任何一项技术方案、技术措施中，通常包括技术和经济两个方 面的指标：( 1 ) 技术指标，是反映一个方案本身技术特性方面的指标，如油田 开发方案的年产油量、生产井数、注水井数、采油速度和采收率等。( 2 ) 经济 指标，是反映一个方案在经济上优劣的指标，如投资额、采油成本、每亿吨石 油地质储量的单位投资额等。 1 2 1 4 石油技术经济分析程序 任何技术方案在选定之前都应该进行技术经济分析与评价，以便从中选出 较为理想的方案，石油技术经济分析的程序如图卜1 所示。 ( 1 ) 确定目标。确定目标并进行目标分析是分析评价工作的第一步，也是 重要的一环。确定目标要做到目标具体，明确。在选择目标是，要有长云观点 和全局观点。 ( 2 ) 收集资料，调查研究。通过调查研究，去获得必要的技术与经济资料， 且要占有尽可能全面的并完备的资料。 ( 3 ) 提出各种可能的方案。根据问题的要求，提出各种可行方案，方案应 详尽，以免遗漏最优方案。 ( 4 ) 制定评价标准。为了衡量各个方案的优劣，应制定相应的评价标准， 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 重点是制定技术经济指标体系，同时考虑政治、法律、环境等方案的要求。 ( 5 ) 模拟分析。模拟可分物理模拟和数学模拟两种，有些项目可以根据物 理及化学性能的相似性，建立物理模型，通过实验观察其运行情况，并获得有 关数据；有些项目不能进行实验，就只能建立数学模型，通过计算机求解模型， 得出结果。 ( 6 ) 综合评价。根据收到的资料和结果，对照评价标准，通过定性分析和 定量分析，综合评价选取最优方案。 图卜1 技术经济分析程序图 f i g u r e l - lt e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i ca n a l y z i n gp r o c e d u r a lc h a r t 鎏塑塑粤垦型堕! 壅塑丝查竺堕堡竺 1 2 2 油田增产措施的技术经济分析要点 充分采用最先进的采油工艺技术，是油田开发设计的重要任务之一。目前 世界各产油国，采用先进采油工艺技术和增产措施很多，而且都已被油田开采 实验证明，当油田地质和油田开发部署等条件适宜时，可获得比较好的经济效 果。因此发展采油工业的重要途径之一，是大力采用先进的采油工艺技术和增 产措施。 采用任何一种先进的采油工艺技术和增产措施，都需要根据油田地质和开 发条件做具体分析，才能够说清楚，某项措施在某油田的具体条件下，是否能 获得较好的经济效果，而且这种分析应在采取措施之前进行，必须避免采取措 施的盲目性。 可以认为，各种先进的采油工艺技术和增产措施，都是强化采油的方法， 都是提高产油量和采收率的措施。为了增加原油产量，所必须增加的人力及物 力消耗，是对采油新工艺技术和增产措施进行经济效果评价的核心，同时要进 行各方面的对比和分析，才能说清楚其真实的技术经济效果。 分析各种增产措施的效果，必须首先预测陔项措施可能增加的产油量及如 果不采用该项措施条件下，实际产油量的变化情况。一般采油量的增减情况是 利用统计法预测的，而采油量的可能增长情况是利用地下流体力学方法进行数 值模拟的。预测某项先进才有工艺技术将取得的效果和分析某项措旌已经取得 的实际效果，对于经济指标的计算方法是基本相同的。对新工艺技术和增产措 旖的技术经济效果，一般用以下主要指标去衡量： 1 、石油及天然气产量的增加； 2 、采油成本的降低； 3 、投资效果的提高； 4 、劳动生产率的提高； 5 、企业纯收入的提高； 6 、投资回收期或增加设备的投资相对效果系数。 除此之外，还要计算每年的经济效果，即年节约生产费用。如果采取的措施 影响采收率和开发年限，那么就要将其变化反映在经济指标中。 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 1 3 论文研究的主要内容 本文结合技术经济学的相关理论，联系石油技术经济评价的相关知识，仅 就沈阳油田采油工艺技术中，压裂改造工艺的技术选择、配套技术选优、项目 实施的经济评估及后评价进行系统讨论，以便建立起措施增油项目技术选择和 经济评价的系统模式，为沈阳油田今后其它措施增油项目的技术经济分析提供 借鉴，同时为油田整体开发经济效果评价提供帮助，使决策者减少失误，提高 油田的最终采收率和经济效益。 6 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 2 水力压裂技术发展与现状 2 1 水力压裂作用原理 水力压裂是油气井增产、水并增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组 将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超过井 壁附近地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随着带有支撑 剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸。这样，就在地层中形成了足够长度、 一定宽度和高度的填砂裂缝。由于它具有很高的渗透能力，使油气能够畅流入 井，起到增产增注的作用。 压裂在油气田勘探、开发与开采中成为有效的技术措施，是因为它从以下 几个方面提高了低渗透油气层的生产能力。 ( 1 ) 沟通油气储集区 由于地质上的非均质性，地层中有产能的地区并不一定与井底相连通。例 如碳酸盐岩地层中的裂缝带、砂层中的透镜体、三角洲沉积的砂体等不一定都 被井所钻穿。通过压裂所形成的人造裂缝，可以将它们与井底沟通起来，就增 加了新的供油区。大型压裂压出的较长裂缝，甚至可将几个透镜体压穿。沟通 油气储集区是压裂增产的重要原因。 ( 2 ) 改变流型 在压裂前，地层中的流体是径向地流向井底，压裂后由于地层中形成了一 条高导流能力的填砂裂缝，从井底延伸到地层深处。所以流体就先单向地进入 裂缝中，然后单向地流入井底。由原来的径向流改变为单向流，就节省了大量 的能量。压后裂缝具有较高的导流能力，裂缝的增产能力取决于裂缝的导流能 力与地层系数的比值，有较好的向裂缝供油的油气能力，再加上较高的裂缝导 流能力，增产倍数相当可观。 ( 3 ) 克服井底附近地层的污染 压裂后的裂缝可以解除井底污染所造成的低产后果。为此目的所进行的压 裂可以是小规模的，缝长只要穿过堵塞区的深度即可，但是对缝的导流能力却 要求很高，因为井底附近裂缝的渗透率在油气生产中是个关键。解除井底附近 的堵塞并不是压裂措施的主要任务，但是在压裂过程中必然会产生这种作用。 沈阳油e i _ | 压裂项目实施技术经济评价 2 2 水力压裂技术适用范围 基于水力压裂技术的作用原理，主要适用于以下储层的现场应用： l 、低渗透油藏的储层改造，原则上说，有效渗透率低于1 0 1 0 。um 2 的储 层都应进行水力压裂改造措施才能达到经济丌采目标； 2 、由于高砂比压裂技术和端部脱砂压裂技术的发展，对于某些地层能量较 高的中、高渗油藏也可采用压裂改造达到增产目标； 3 、对于一些由于钻井、完井、作业等过程中造成的近井地带污染较严重但 用其它工艺技术无法奏效的油水井，可应用小型压裂改造达到解堵目的； 4 、对于一些特殊岩性油藏，如火山岩、变质岩裂缝性油藏，由于钻井井眼 无法与天然裂缝有效沟通射孔后不出油或产量较小的井，可采用压裂措施达到 增产目标； 5 、对于出砂油井，可应用压裂防砂工艺达到增产和防砂双重目标； 6 、对于因出砂较严重而导致近井地带亏空的地层，可应用压裂填砂工艺。 2 3 国内外压裂发展综述 2 3 1 国外压裂发展综述 水力压裂概念是2 0 世纪4 0 年代末在s t a n o l i n d 建立的，第一次实验于19 4 7 年在k a n s a s 的h o u g h t o n 油田4 个碳酸岩地层进行的。水力压裂技术自诞生以 来随着其在油气开发工业中的应用而不断地完善，它被用于解决各种问题并 为众多难题提供答案。这些难题涉及油井增产( 到目前为止应用最广泛) 、注水 井提高注水量、储能以及环境保护。 这一广泛应用的技术在其发展过程中有三个阶段。第一阶段为2 0 世纪4 0 年代后期到5 0 年代早期，是油井增产技术迅速发展的时期。由有远见的生产和 服务公司倡导完成。第二阶段在7 0 年代中期，该技术迅速推广。由于当时，美 国政府正采取债务转期的措施以开发低渗透气田和难开发的能源资源，所以该 技术引起了美国国家能源部的注意。到了8 0 年代中期，该技术最显著的发展是 在激励油藏由中渗透率向高渗透率转化方面的应用。每一个发展阶段及每一次 成功的应用都使经济回报率迅速提高。 在2 0 世纪6 0 年代，研究重点转移到了研究压裂工艺和通过改进注入材料 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 的质量( 例如，液体和压力支撑剂) 及开发化学添加剂( 包括化学压裂) 来提 高化学压裂效果上来。 2 0 世纪7 0 年代中期，大规模的水力压裂取代了没有前途的核爆炸压裂低 渗透气藏技术( b u g g y 气田曾经使用过p l o w s h a r e 项目的一部分，当时的设计是 想开发利用核爆炸技术) 。为了开发致密砂岩气藏，推进复杂油气田( 例如凝析 气田) 的开发，需要开发利用大规模的水力压裂技术。同时要开发不易磨损的 压力支撑剂( 例如，矾土和低密度陶瓷) 和大流量的泵入设备。在这一阶段， 为了优化处理工艺，就必须对压裂工艺进行深层次的分析和大副度提高监测分 析技术。 在2 0 世纪9 0 年代，该技术在更多的未知领域取得了进展。新发展方向中 的一个例证即在油藏管理中使用了水平井和复合井压裂( k e nn o l t e 所指的油 藏渗流管路) ，其他应用技术包括重复压裂、砂控制处理中的压裂和充填，最后 还有为环境保护而进行的压裂类操作，其中包括生产污水的处理、钻井岩屑的 回注以及采用粉碎和注入技术进行土壤改造。 目前，油藏增产领域的研究重点是压裂液和压力支撑剂的开发、现场混合 和泵送原料的设备的研制、高度精密( 但使用简单) 的数据解释技术和监测措 旌参数的开发，以及用于监控、压裂过程的计算机研制。现在的硬件设施可允 许在泵入期间对压裂方案进行实时的再设计。 絮 甍 竺 i - - 兰 芑 缸 已 主 霉 2 三 皇 皇 垤 立 万 = 8 菩 图21美国历年来压裂施工井次与增产效果统计 f i g u r e2 1 s t a r ；s t j c so ff r a c t u r i n gc o n s t r u c t i o nt i m e sa n dp e r f o r m a n c ee f f e c to f a m e ri c af o ry e a r s 塑塑型塑塑塑竺 2 - 3 2 辽河油田水力压裂发展综述 辽河油田自9，7n：鲁芝展等口压裂井现场试验，已经历了30多年的发展n 砷on 3 - 2 n 黧。竺河油田历年瓤裂妞井次磊茹淼茹茹 从中可以看出，辽河油田的压裂发展大致经历了三个阶段：“筒伏7 t 。h f 。，。，表2 t 辽河油田历年水力压裂施工情况统计表 虿下百百飞、_ i 飞飞_ 9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 4 2 2 1 4 3 1 2 2 6 0 9 7 9 8 9 9 o o o l 0 2 0 3 3 8 4 2 1 5 5 1 5 9 2 8 9 2 7 6 3 4 4 2 o o 9i 9 5 4 2 ，9 1 84 3 83 1 1 2 2 0 5 2 。5 2 7 2 图22 辽河油田历年水力压裂施工统计图 1 8 “：。2 2 8 8 s t i c s 。o f f r a c t u r r i g c o n s t r u c t i o n conditi01 “s 。fi i a 。h e 。if fjeld971年 、l - - 1 9 9 0 焦 。o 阶爵这：竺乎雾竺竺婪主要应用于】o o 0 0 0 m 的中深井，属于起步 阶段越矗期凤辽河油田与国外知名石油公司迸荐手磁篙娄器蒹_掣j ,=-ntfracmaster公n,bj w o w s c 。蛹贼r h 蠢墓蒜卜喜鞴；7 曩 0 年份井毁增油 沈阳油1 压裂项目实施技术经济评价 很多先进的技术和理念，并结合辽河油田的地质特点和工艺需要，成功研究了 一批中深井压裂技术，如：二维压裂优化设计软件、改性田菁压裂液体系、y 2 1 l 系列压裂封隔器、l h 7 0 压裂井口、l h 7 0 投球器等，并于引进了l t 7 0 0 型压裂 车组，在1 9 8 8 1 9 8 9 年间初步形成了当时国内比较先进的中深井压裂配套技术， 并在张1 块、欢2 块的现场应用中取得了显著的增产效果，1 9 8 9 年在压裂施工 井次、年增油量方面均创造了当时的历史最高水平，实现了辽河油田压裂发展 史上的第一次飞跃。 2 、1 9 9 1 年一1 9 9 8 年 随着辽河油田的开发逐步进入中后期，储层条件越来越差，一些深层、致 密难动用储量成为增储上产的主攻目标，对压裂技术水平的要求也越来越高， 而这一阶段，由于各方面的原因，辽河油田压裂技术水平的提高速度显然无法 满足现场施工的需要，压裂施工增产效果也不理想，因此，各采油单位对于这 项工艺的投资变得非常谨慎，应用需求也逐渐萎缩，这一阶段辽河油田压裂发 展陷入的历史低谷，压裂施工井次和年增油量明显呈下降态势。在1 9 9 5 年压裂 施工井次和年增油量出现了一个短暂的高峰，客观上说，主要是由于当时科尔 沁油田的开发带动了这项工艺的应用，特别是交2 块在这一年进行了百口井压 裂会战；主观上说，科尔沁油田的压裂会战也促使辽河油田这一时期在低温压 裂液的技术上取得了一定的突破，特别是低温破胶技术。 3 、1 9 9 9 年一 1 9 9 8 年以后，油田公司对压裂技术的发展和管理开始引起的高度的重视， 建立了采油单位投资、研究单位设计、作业单位施工的压裂施工运行模式，成 立了油田公司钻采工程设计中心，将压裂工程设计职责以文件的形式明确由钻 采工艺研究院压裂酸化设计中心负责，这样，一批压裂新工艺、新技术开始进 入现场试验和推广应用。这一时期是辽河油田压裂技术水平进步最快、取得技 术成果最多的时期，先后研究出压裂储层压前评估、压裂施工实时监测、人工 裂缝扩展模拟设计、高中低温压裂液体系、分层压裂、声发射定位裂缝诊断等 一系列压裂新技术、新工艺，使辽河油田的压裂技术水平得到了质的飞跃。特 别是通过低温激活荆、破胶剂梯度追加等技术的成功研制，解决低温储层的压 裂液破胶难题；通过粉砂降滤失、坡阶式加砂、段塞稀隔液等技术的成功研制， 解决了裂缝性潜山储层大井段、巨厚层裂缝横向延伸和易砂堵的难题；通过人 工裂缝方位璐测、基于人工裂缝的注采井网调整、区块整体压裂等技术的成功 研制，对注水开发的低速、低压区块的综合治理进行了有益的探索和尝试；通 沈阳油田压裂项耳实施技术经济评价 过千型压裂井口、深井超深井压裂封隔器、高温压裂液稳定剂等技术的成功研 制，使超过3 0 0 0 米的深井压裂在辽河油田的实施成为可能，并且在近几年进行 了大量的现场应用；通过小型压裂测试、油溶性降滤失剂、高效降阻剂、低摩 阻前垫液等技术的成功研制，使黄沙坨粗面岩、欧利坨粗面岩、大民屯低潜山 花岗岩、石英岩等特殊岩性油藏的开发取得了突破性进展。针对水敏性地层、 气井压裂，开展了清洁压裂液技术研究，它在交联、破胶机理上与常规压裂液 完全不同，无需返排，是目前国外压裂液发展的最新趋势，目前研究成果处于 国内领先水平：针对高温井、大型加砂压裂井，开展了胶囊破胶剂的研制，具 备了加工制备能力，并已投入现场试验和推广，目前研究成果处于国内领先水 平；为了满足偏远井、大型加砂井压裂液即时配液，开展了浓缩压裂液技术研 究，并在现场进行了试验和推广，研究成果处于国内先进水平；为了缩短压裂 井排液时间，特别是缩短探井压裂试油周期，开展了压裂气举求产一体化技术 研究，并在现场进行了试验和推广，该项技术属于世界首创；为了提高压裂液 返排效率，提高支撑剂在储层纵向上的有效率，开展了压裂液智能返排监控技 术，为裂缝强制闭合、压裂液强制返排奠定了技术基础，该项技术属于世界首 创。此外，对氟碳表面活剂性、浓缩交联剂、延迟交联剂、多级暂堵压裂管汇、 液体降滤失剂等技术都开展了大量的研究工作，并对下一步辽河油田开展大型 加砂压裂试验所需的大型贮砂砂屯、连续混酸液装置等技术进行了大量的前期 研究工作，为辽河油田压裂技术再上新台阶，进一步保持和提高压裂增产效果 奠定了坚实的技术基础。并且，针对辽河油田不同区块、不同层位，始终坚持 油藏特点差异性和工艺技术多样化的综合分析，坚持创新技术针对性和成熟技 术配套性的综合应用，研制并基本形成了低渗透砂岩油藏、深层高温砂岩油藏、 潜山裂缝性油藏、特殊岩性油藏等压裂配套工艺技术。 这一系列的压裂技术进步，使辽河油田的压裂措施工作量显著上升：1 9 9 8 年年措施量开始突破1 0 0 井次年，2 0 0 0 年开始突破2 0 0 井次年，2 0 0 3 年突破 3 0 0 井次；压裂增产效果显著提高，1 9 9 8 年年增油量开始突破1 2 万吨年，2 0 0 0 年开始突破1 6 万吨，年，2 0 0 1 、2 0 0 2 连续两年突破2 0 万吨年，2 0 0 3 年突破2 5 万吨年。 2 3 3 沈阳油田水力压裂发展综述 沈阳油罔是我国目前最大的高凝油油田，已探明地质储量近2 亿吨，其凝 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 固点和含蜡量之高均为世界所罕见，原油凝固点般高于4 0 c ，最高达6 7 。c ， 含蜡量3 5 5 0 左右，析蜡温度为5 0 一7 0 ，油层温度一般在9 04 c 以上。自1 9 8 4 年正式投入开发建设以来，目前已形成3 0 0 万吨的产能。该油田是一个陆相沉 积断块油田，构造上属于辽河断陷盆地东北端的大民屯凹陷，凹陷面积8 0 0 平 方公里。由于经过2 0 多年的开发，产油量逐年下滑，运行成本居高不下，尤其 沈6 1 1 、沈1 5 0 、沈9 5 、沈1 6 1 、前3 沈1 2 等多个低渗开发区块( 区块空气渗 透率在o 0 0 9 8 0 2 9 6um 2 ) ，产量下滑速度尤为突出，部分区块已由效益型转 变为边际型，个别区块甚至降为亏损型。由于低渗导致开发速度缓慢，区块采 油速度低于o 3 。为加快区块开发速度，在2 0 0 2 年以前对这些低渗区块实施 过深穿透射孔、化学解堵、超声波解堵、压裂改造等多种尝试，由于当时技术、 设备限制，未能取得明显的区块整体效果。2 0 0 3 年井下压裂公司购入2 0 0 0 型 压裂车组( 该车对深埋油藏具有较好的压裂效果) ，在设备上已无限制；通过多 年努力，压裂技术有了很大进步，技术限制已减小。因此，2 0 0 3 年决定再次提 出在沈6 1 1 区块先行实施压裂改造的前期试验，为沈阳油田低渗区块开发探索 新路。经过对1 3 口井压裂改造试验，一次旄工成功率1 0 0 ，最高平均砂比达 到2 6 7 ，平均加砂强度为1 1 6 2 m 3 m ，最高加砂强度为1 6 8 m 3 m 。单井最高 加砂量为3 0 方，平均单井日增油4 8 吨，效果十分显著。 图23 沈阳油田历年水力压裂增产效果图 f j g u r e2 ，3s t a r l s t ic so ff r a c t u r i n g6 0 r _ i s t r u o t i o ne f f e c to fs h e n y a n gf o ry e a r s 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 2 4 近年来水力压裂新技术及其应用效果 1 、高温压裂液及其添加剂体系 通过温度稳定剂的成功研制，研究出了高温下交联稳定且对储层二、皮伤害 较小的以无机交联剂为主、有机交联剂为辅的复合交联高温压裂液体系，其主 要性能参数如下表。 表22 复合交联高温压裂液性能参数表 t a b l e22p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fh ig h t e m p e r a t u r ec o m p o u n dc r o s s iin k i n g f r a c t u r i n gf i u i d 该技术近年来在辽河油田深井压裂施工中得到了大面积的推广应用，储层最大温度为 1 4 l 。 2 、胶囊破胶技术 。 设计并引进了胶囊破胶剂加工设备，研究了中温胶囊破胶剂配方及其加工 工艺，所达到的主要技术参数如下表。 表23 胶囊破腔剂技术参数表 t a b l e2 , 3t e c h n o l o g i c a lp a m m e t e r s o f c a p s u l a t i n gd e c r o s s l i n k e r 实验参数名称测试实验结果 耐温性 包裹率 有效含量 释放率( 3 0 m p a ，6 0 * ( 2 ) 9 0 8 5 8 0 8 0 利用所研制的微胶囊破胶剂，进行现场试验3 0 多井次，试验情况表明胶囊 破胶剂有效地发挥了控释、缓释的作用。 3 、千型压裂井口 k l 6 5 1 0 5 压裂井口由单阀、盲板法兰、管汇接头、小四通、针形阀、油管 短节、爆破阀尔等组成。其主要性能参数如下： 最大工作压力：1 0 5 m p a 最小通径：6 5 m m 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 适用温度：一2 0 一1 8 0 强度实验压力：1 5 8m p a 连接形式：全法兰连接 适用介质：原油、砂浆、稀盐酸 k l 6 5 1 0 5 压裂井口从2 0 0 0 年成功研制出来，已在现场应用2 2 0 多井次， 施工成功率1 0 0 。 4 、y 4 2 2 系列深并压裂封隔器 从加拿大引进了了深井压裂封隔器，并进行了相应的国产化研究。这种封 隔器最大耐温1 8 0 ，最大耐压差7 0 m p a ，采用双卡瓦结构，可以防止深井压裂 过程中管柱的上下蠕动；具有应急解封装置，可以保证封隔器的起下安全；配 套有独特的b p 阀，与封隔器配套使用可以作为压裂桥塞封堵下层。 弓i 进以来，已在现场应用l o 多井次，添补了辽河油田在深井压裂工具方面 的空白。 5 、小型测试压裂技术 在深井主压裂之前，进行小型测试压裂，可以得到储层渗透率、破裂压力 梯度、综合滤失系数、杨氏模量、泊松比、尖端系数、断裂韧性等参数，并可 根据测试结果，对主压裂设计参数进行必要的调整和修改，对同区块压裂井的 参数设计也具有重要的指导意义。 6 、多脉冲加载破岩启裂技术 针对一些特致密储层肩裂压力高、造缝困难的问题，开展了采用耐高温复 合药的多脉冲加载压裂技术研究。通过特种控制技术合理控制压裂用药的燃烧 速度，在地层产生多个连续加载脉冲压力，快速压开地层，并促使地层裂缝快 速拓展和延伸，使地层形成较长的径向多裂缝体系，并选择能产生较高热量的 多种复合药剂，对地层产生较强的热化学作用，以达到进一步提高和改善地层 渗透性的目的。与目前使用的高能气体压裂技术相比主要特点是：造缝能力更 强，在地层作用时间延长4 6 倍，形成裂缝长度提高1 5 2 倍：使用更科学合 理：适用范围广，可与射孔、酸化、水力压裂结合，满足特殊岩层的破岩造缝 的需要。 7 、压裂气举求产一体化技术 该技术是为了加快压裂液返排速度、提高压裂液返排效果，特别是针对气 井、探井压裂而研制的。该技术将压裂气举一体化工作筒随压裂管柱一次下入 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 设计指定位置，压裂过程中该工作筒中的气举阀处于睡眠状态，压裂完成后不 需动管柱即可转入气举排液状态，达到提高压裂效果、节约作业时间和成本的 目的。带压力计下井，还可同时进行压力恢复测试，达到试油试采目的。 所研制的一体化管柱主要技术参数如下： ( 1 ) 为整体无焊接结构，耐内压：8 0 m p a ； ( 2 ) 耐高压气举阀耐压：3 5 m p a ； ( 3 ) 耐高压单向阀耐压：8 0 m p a ； ( 4 ) 适合套管74 、5 1 ： ( 5 ) 两端均为外加厚短油管连接，方便施工。 在现场试验结果表明： ( 1 ) 压裂后利用氮气进行气举排液一体化工艺技术在国内居领先水平： ( 2 ) “压裂气举排液求产一体化工艺技术研究”已经取得了工作筒现场试 验耐压8 0 m p a 、耐高压单流阀现场试验耐压8 0 m p a 、耐高压气举阀现场试验耐压 3 5 m p a 以及利用氮气气举技术进行压裂液快速返排阶段性突破成果； ( 3 ) “压裂气举排液求产一体化工艺技术研究”经过试验证明各项技术指 标达到了设计要求； l 4 ) 该项工艺技术进一步试验、总结和完善提高后，可以进行大规模推广 应用。 8 、清洁压裂液技术 清洁压裂液是一种无聚合物的粘弹性液体，是靠一种特殊合成的小分子量 的表面活性剂，在一定量的盐溶液介质条件下，形成蠕虫状胶束缠结成网状结 构而将水增稠，达到压裂液交联目的。当遇到有机物或其它亲油性物质时，蠕 虫状胶束被分解成小球状胶束，网状结构也被破坏，溶液粘度降低，达到压裂 液破胶目的。该技术特别适合于强水敏地层压裂、水井压裂增注。 6 沈阳油田压裂项目实施技术经济评价 3 水力压裂方案设计 水力压裂方案设计是单井压裂施工的指导性技术文件，而压裂工艺技术选 择优是方案设计的核心，它能在给定的油气层、注采井网、压裂材料( 压裂液、 支撑剂) 与泵注设备等条件下优选出经济有效的增产方案，并作为检验施工质 量、增产效果和经济效益的重要依据。 3 1 压裂选井选层 压裂主要用于低渗透油藏的储层改造，对于区块、单井或具体储层是否应 该采取压裂措旌，一般要进行详细的压前储层评估工作，这些工作涉及的专业 范围较广，现场很难全部给予实现，通常会根据理论、实验研究结合现场经验 制定一个针对某个区块的压裂选井选层原则，并在实施过程中不断加以修正和 完善。 对于一个区块是否需要采取压裂措施，通常根据有效渗透率来定性判别。 表3 1 给出的是国外依据有效渗透率划分增产措施类型及裂缝半长要求的通用 标准。表3 2 是国内储层评价的定性评价和措施推荐通用标准。 表3 1 国外增产措施划分通用标准 t a b i e31 f o r e i g nc o m r l ；o f i