等离子脉冲压裂技术

等离子脉冲压裂技术
苏权生
（胜利油田分公司采油工艺研究院）
摘要：等离子脉冲压裂通过等离子体产生高能等离子束，高能等离子束周期性的作用在生产目的层位，在周期性冲击波作用下地层流体产生谐振，疏通储层天然流通通道并产生新的微裂缝沟通地层和井筒，从而提高储层渗流能力，实现油井增产水井增注。

关键词：脉冲，等离子，谐振，微裂缝，渗流能力
以经济有效的手段获得油气井高产是油气田开发的目标，在地层中压开人工裂缝有利于油气的产出。

最先应用的爆炸压裂技术，虽然产生了比较显著的经济效益，但其伤害井筒、难以控制、造成近井压实带等问题难以解决，从而逐渐被水力压裂所取代。

目前，水力压裂已发展成为一项成熟而完善的技术，在油田开发中起着重要作用，但其产生的裂缝参数受地层应力影响，对一些特殊储层的改造效果不甚理想，亟需进行其它增产技术研究，补充水力压力技术缺陷，在此基础上，等离子脉冲压裂技术应运而生。

1.等离子脉冲压裂技术原理
1.1 基本原理
通过等离子发射控制器，在密闭条件下产生高能量等离子束，通过射孔孔眼周期性的作用在地层岩石和流体，能够在近井地带形成多条不受地应力影响的径向裂缝，使得人工裂缝和天然裂缝沟通；同时在周期性力作用下，地层流体产生谐振，对储层天然流通通道进行疏通、清洗，从而大幅度提高储层渗流能力。

等离子脉冲压裂主要增产原理包括：
（1）机械作用：高能等离子束在近井地带产生微裂缝，有效沟通天然裂缝，提高油层渗流能力，增加油井产能；
（2）脉冲冲击波作用：高能等离子束产生强水力冲击波，引起地层流体谐振，对油层的机械杂质堵塞起到解堵作用；
（3）热效应：等离子束的高温可溶解近井地带的蜡质和沥青质，解除油层孔道堵塞，改善地层流体的物性和流态，加快原油向井底的流动速度,提高储层的驱油效率，有效降低表皮系数，从而达到增产增注的目的。

1.2 技术设备
等离子脉冲压裂设备主要是等离子发生器、控制装置、辅助装置等，如图1所示。

施工作业时用电缆车把等离子发生器下入到目的层段，然后进行等离子脉冲压裂作业，作业结束后可以上提等离子发生器，进行第二段作业，工艺简单、方面、快捷、安全、环保。

（1）电缆车
（2）测井电缆
（3）测井电缆接线
（4）等离子发射器外壳
（5）电压变压器
（6）高压电盘
（7）连接线
（8）储存电容器组
（9）控制装置
（10）辐射电极
（11）等离子束释放通道
（12）产生等离子束外壳
图1 等离子脉冲压裂设备装置
1.3 技术参数
等离子体发生器技术参数如表1所示：
表1 等离子脉冲压裂设备技术参数
等离子发生器长度，mm 2700 外供电源V/Hz 220/50 等离子发生器外径，mm 102 功率,w 500 释放等离子束温度，ºС25000-28000 释放等离子束压力，MPa 550 能量释放时间，ms 50-53 作用半径，km 1.5-1.8 最大井深，m 4000 谐振波频率，Hz 1-12000 2.等离子脉冲压裂技术优势及适用范围
2.1 技术优势
等离子脉冲压裂是一种新型的储层改造技术，能较大幅度的提高注水井的增注能力，提高生产井的生产能力，表现出了较强的技术优势。

（1）清洁环保，无需使用其它化工产品，不会污染储层；
（2）在油田开发中后期，对高含水储层，增产效果同样显著；
（3）对于前期使用过其它增产措施的注水井，同样能提高增注量；
（4）对施工井周围1.5km范围内的井，同样具有增产增注作用；
（5）对于任何复杂储层都具有增产作用；
（6）设备轻便，能耗小，效率高，操作安全性高；
（7）作业周期短，不超过24h；
（8）作业投资回收期短，不超过2-3个月。

2.2 适用范围
等离子脉冲压裂属高能气体压裂的一种，对任何复杂储层都能起到增产作用，增油效果大于90%。

因其独特的技术特点和优势，既可以单独适用，也可以与其它增产措施组合适用，为了提高措施的经济性、有效性，需要对施工井进行评价，有针对性的选井选层。

对注水井：
（1）增加注水井注入能力；
（2）调整注水井吸水剖面
（3）选择特定的层位进行增注作业，提高单层增注量。

对生产井：
（1）增加油井产油量，降低含水率；
（2）对作业井半径1.5km范围内的油井同样能起到增产效果。

选井原则：
（1）评价油藏地质因素对增产增注幅度的影响，提高经济回报效益；
（2）选择累计单井产量不超过控制可采储量75%的油井进行作业；
（3）优先选择生产能力高，因其它作业造成储层污染，产能降低的油井。

3.等离子脉冲压裂现场应用
等离子脉冲压裂是俄罗斯Novas能源服务公司开发的一种全新的储层改造技术，目前已在俄罗斯，哈萨克斯坦，乌兹别克斯坦，捷克，中国等国家应用了上千口井，技术成熟，增产增注效果显著。

3.1 油井改造作业
（1）俄罗斯西西伯利亚油田
西西伯利亚油田438井储层岩性为细砂岩，储层孔隙度18%，渗透率30.7×10-3um2，措施前日液9.0t，日油7.0t，含水22.2%。

2009.08应用等离子脉冲压裂技术进行改造，措施后日液30t，日油22t，含水26.7%，措施有效期超过一年，增油效果显著。

西西伯利亚油田1894井为新井，储层岩性为细砂岩，孔隙度17.5%，渗透率4.2×10-3um2，该井于2008.10应用等离子脉冲压裂技术进行新井解堵作业。

同层位临井1890井距离1500m，1894井措施前1890井无产能，在1894井进行作业后第4天，1890井生产日液25.2t，日油20.8t，含水17.5%，同层位临井受益效果显著。

（2）中国华东石油局
华东石油局su285井是一口新井，储层岩性为细砂岩，孔隙度18%，渗透率8.0×10-3um2，射孔作业后含水率100%，无油显示。

该井于2003.04进行等离子脉冲压裂解堵，作业后日油2.7t，含水率从100%降低到46.7%，增产效果显著。

（3）中国东北石油局
东北石油局QK1-1井是一口老井，储层岩性为细砂岩，孔隙度16%，渗透率18×10-3um2，措施前日油1.9t，含水93.8%。

该井于2003.12进行等离子脉冲压裂老井增油作业，措施1个月后日油5.1t，含水49.1%；措施7个月后，日油7.5t，含水62.4%，增油作业效果显著。

3.2 水井改造作业
（1）俄罗斯西西伯利亚油田
西西伯利亚8741井是一口水井，储层岩性为细砂岩，孔隙度17%，渗透率8×10-3um2，措施前日注水量为30m3/d，注水压力125atm。

该井于2009.04进行等离子脉冲压裂水井增注作业，措施后注水压力125atm，日注水量140m3/d，在注水压力保持不变的条件下，日注水量有了大幅度提高。

西西伯利亚1003井是一口注水井，储层为砂岩，孔隙度16%，渗透率3.1×10-3um2，措施前注水压力145atm，注水不进。

该井于2008.03进行等离子脉冲压裂水井增注作业，措施后1个月注水压力145atm，日注水量194m3/d，措施后14个月注水压力140atm，日注水量189m3/d，水井增注效果明显。

4.结论及认识
（1）等离子脉冲压裂工艺适应性强，能适合各种复杂储层油井增产作业；
（2）适应高含水油井的增产作业，对同层位临井(1.5km范围内)也有增产作用；
（3）储层改造针对性强，有效调整注水井吸水剖面，提高物性较差小层的吸水能力；。