水平井分段壓裂工藝技術現狀及展望探討

王玉麟

【摘要】：隨著我國經濟的快速發展，水平井分段壓裂工藝技術的應用越來越普遍。本文從水平井油氣藏的優勢和壓裂原理、常用工藝以及存在的突出問題對水平井的應用情況進行描述，希望能為同類油氣藏的開發提供借鑒。

【關鍵詞】：水平井；壓裂；低孔滲

1、水平井的優勢及壓裂原理

1.1水平井的優勢

水平井穿過油氣儲層的長度大，增加了儲層的泄油氣面積，快速提高油氣井的產量及效率；如若地層經過大規模的拉伸構造作用，在儲層區域產生了天然裂縫，這些天然裂縫的滲透率極高，水平井可以將天然裂縫貫通起來，減少油氣采集的能量及壓力損耗，有效的提高采收率，并可以減少定向井或直井的投入，實現油氣藏的有效開采。對于原油黏度較高的水驅產層，通過直井開采極易遇到水錐問題，對于該類產層可利用水平井在油層的上部造斜，然后鉆進一定長度的水平段，這樣既能保持壓力降低幅度減小，解決水錐問題，還能延長無水采油的時間，從而大幅度提高油井的產量；水平井可以通過薄的油層，這些油層可能對直井來說不具有工業開采價值，但水平井的改造可以突破這一點，實現儲層的利用。

1.2水平井壓裂原理

水平井壓裂后裂縫的產生及延伸方向與水平井筒軸線方向及地層應力的大小和方向有關，如井筒與最大主應力方向相同，則形成與最小主應力方向垂直的縱向裂縫；如果井筒與最大主應力方向垂直，則形成垂直于井筒，沿最大主應力方向延伸的橫向裂縫；如果井筒與最大主應力呈現一定的夾角，則會形成偏向主應力方向、垂直最小應力方向的扭曲裂縫。壓裂前油氣通常以徑向流的流動趨勢聚集在井壁周圍，滲流的阻力極大。而壓裂后流向將平行于裂縫的壁面，阻力則相對降低。因此對于高滲透儲層，水平井改造形成縱向裂縫改造效果能較為理想，而低滲透儲層則橫向裂縫比較利于產能提高。

2、目前常用水平井壓裂工藝

2.1限流壓裂工藝

通過對孔眼的尺寸、射孔深度以及泵注排量進行優化，通過泵注排量提高井底壓力，達到破裂壓力后，實現多孔段同時壓開，讓多條裂縫同時延伸。限流壓裂工藝具有施工周期短、技術簡單、無需下入工具并可形成多條裂縫改造的優點；但不能用于非套管完井的井型，針對應力差異較大的儲層改造這改造效果將會很差，多條裂縫的延伸也不均衡，達不到理想的增產效果，產量較大的儲層在生產后期容易因流速過快而出砂。

2.2分段壓裂工藝

欲將水平井所通過的不同應力儲層進行短時間內較好的改造，形成多條優化裂縫并實現快速返排求產，因此分段壓裂、逐步改造，成為了水平井壓裂的主流。常用水平井壓裂工藝有以下四類：（1）化學隔離分段壓裂工藝：施工流程為有井筒的末端改造層開始，進行逐級改造，首先射開前一段目的改造層后用油管進行壓裂改造，壓裂完成后進行填砂并加入粘稠完井液，形成液體膠塞實現壓裂井段與未壓裂井段的隔離，然后依次對所有改造層段進行壓裂。（2）機械封隔分段壓裂工藝：該工藝主要用于套管完井井型，通過封隔器和橋塞的單獨或組合應用，實現改造層的封隔，然后進行壓裂施工。橋塞和封隔器的組合應用，由井底最近改造層開始，射孔后通過油管送液進行壓裂，然后將橋塞坐封，進行下一層的改造，依次完成所有壓裂井段，然后打撈出橋塞排液求產，實現合層開采。該工藝具有工具簡單、水平井筒封隔可靠的優點。但對于高壓氣井的作業影響較大，易造成地層污染，而且施工周期長。（3）環空封隔工藝：將封隔器下到離井底最近的第一個改造層的設計位置，然后通過油管進行加壓坐封，完成坐封后從油套環空進行壓裂施工，完成該層泵注程序后，通過油管打壓剪斷銷釘實現解封，然后洗井，洗凈后上提管柱，然后重復坐封壓裂再次上提射孔壓裂，實現分層壓裂。該工藝所需下井工具較少，出現砂卡現象的處理也比較容易，而且液體流動容積大、摩阻小、施工壓力低等優點，但對套管和固井質量要求較高，容易因套管或固井質量問題造成井壁坍塌，同時對套管壽命有一定影響，還需不斷地改進和完善，該工藝主要應用于淺層水平井，不適用與高壓改造層位。（4）水力噴砂工藝：利用高壓流體通過噴孔流出后，則將液體的機械能轉化成了動能，噴射到改造層位形成梭型的井眼，然后通過環空注入液體加壓，讓改造層位出壓力達到地層延伸的破裂壓力。因從噴嘴噴出的流體是高速流動的，該區壓力最低，環空泵注的液體也在壓差作用下進入射流區進入地層，實現地層對液體的吸收和裂縫的延伸。完成上一層壓裂改造后，上提管柱到下一層設計層位，然后依次壓開。該工藝多應用于裸眼完井或篩管完井，安全性好、操作簡易、效率高等特點，施工后需要將施工管柱再次提出，然后下入完井管柱，才能進行正常開采。

3、水平井壓裂工藝的發展

通過大量的實驗、應用和分析證明，對于目的層為石灰巖、砂巖，完井方式為裸眼、篩管甚至是套管完井的水平井，水力噴射技術是應用效果較為理想的，安全快捷，操作簡便；填砂和液體膠塞的組合方式對儲層封堵層傷害都很大，濃度越高傷害程度越高，而且在鉆磨膠塞的過程中對上下儲層都有影響，因此，新型的破膠時間可控且破膠徹底、無需填砂、沖砂或者鉆洗的作業工藝是主要的研究方向。雙封單卡的工藝需要在膠筒抗磨擦能力和受溫度影響方面進行深入研究，減少因摩擦和溫度造成膠筒的損壞和變形，從而導致坐封失敗，還要在解決封隔器出現砂卡和解卡問題。發展不動管柱多級封隔壓裂工藝，在球徑和坐封球坐上進行上進行深入分析和開發，實現不動管柱壓裂，同時壓裂后直接轉化為生產管柱。

結語

水平井是當前各大油氣田開發的所用的主要開采方式，水平井壓裂是實現增產目的的主要工藝，因此工藝技術的發展就是油田產量的提高。因此水平井壓裂技術的研發對于油田發展來說極為重要。壓裂的工藝難點主要來源于針對目的層的特點進行改造技術的選擇和封堵工具的應用。本文介紹的壓裂方法是當前我國常用的水平井壓裂技術，根據地質情況及完井情況進行相應技術的選擇。液體的研發、工具的優化也是當前壓裂科研的重中之重，希望本文能夠為我們從事石油行業開發的工作者們能夠提供參考。

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