水平井分段壓裂工藝技術及發展趨勢研究

楊丹

(中國石油新疆油田分公司工程技術研究院，新疆克拉瑪依 834000）

國內外水平井壓裂增加技術的研究主要開始于20世紀80年代，發展到目前為止，我國已經在水平井壓后的產量預測、相關水力裂縫的尺寸優化方面取得了一定的成績，并在分段壓裂施工技術及井下分隔的工具方面有了很大進步。但是，實際的發展需要和現實的工作過程中，這項技術依然存在很大問題，尤其是井下分隔工具以及水平井分段壓裂改造很大程度上達不到實際發展的要求。因此，相關人員必須要加大對相應技術的研究力度。

1 水平井分段壓裂工藝技術現狀

要想在長的水平井井段中，采用高效率并且安全的方式壓裂形成多條水力裂縫，由此來加快液體的排出，最終實現低傷害的分段壓裂，就必須要做好其中的重難點工作，主要體現在以下兩個方面，分別為井下封堵的工具和相應分段壓裂的工藝方式。本篇文章對水平井分段壓裂的工藝方法進行了歸納和總結，主要分為以下4種，具體內容如下所示。

（1）化學隔離技術。國內外主要在20世紀90年代應用這項技術，主要應用于套管井方面。基本的步驟為：首先，射開第一段，將油管進行壓裂；其次，對于已經壓裂的井段用沙子以及液體的膠塞進行隔離；然后，射開第二段，采用油管壓裂的方式，再用沙子和膠塞進行隔離，循環采用這種方式，將需要改造的井段進行改造；最后，在相應的施工完成之后，用沖膠塞沖沙的方式進行量產。這種分段壓裂的方法在操作方面有很高的安全性，但是在施工過程中，需要濃度很高的液體膠塞，對隔離層的傷害比較大，并且在進行排液之前要沖開沙子和膠塞，在這個過程當中，不僅會對上下層造成很大的傷害，而且過程非常復雜。所以，這項技術在剛剛發展起來時，并沒有得到廣泛的應用和推廣。

（2）機械封隔分段壓裂技術。機械封隔的技術主要應用于套井，其中相關的技術主要有封隔器結合，雙封隔器單卡分壓或者封隔器分段壓裂技術，主要可以分為以下3種。1）機械橋塞與封隔器分段壓裂。射開第一段，壓裂油管，封堵機械橋塞座。再將第二段射開，按照相同的方式進行改造，最后按照相同的方法將需要改造的井段進行改造。2）環空封隔器分段壓裂。首先要做的就是將封隔器放到預先設計的位置上，然后在油管內增加一定的壓力，最后完成施工壓裂的工作。在進行解封的時候，對油管增加一定的壓力剪斷封銷釘，并且還需要打開洗井的通道，完成之后將壓裂管柱起出，然后重復以上的過程，完成分射分壓。3）雙封隔器單卡分壓。相關工作人員可以一次將需要改造的層斷射開，在進行壓裂的過程中需要運用導壓噴砂封隔器，并且采用上述方法，完成各個層面的壓裂。通過大量的實驗結果可以看出，相關的分段壓裂技術已經被廣泛應用到淺層油藏，并且發展已經比較成熟。這項技術在深井的應用過程中，還存在很多的問題，需要完善和改進。與此同時，雙封隔器單卡分段壓裂的技術正在進一步研究。

（3）限流壓裂技術。限流的壓裂技術主要被應用于壓裂的過程，當壓裂液高速通過以后，在很大程度上可以增加生產孔的摩擦，導致井底的壓力逐漸增加，如果井底的壓力超過很多個壓裂層的壓力，就必須要保證各個破解壓力比較接近，可以通過孔眼摩阻的方式來調節。這項技術主要應用于縱向裂縫的水平井，同時相關針對性也比較差。

（4）水力噴砂壓裂技術。從90年代以來，水力噴射的分段改造技術逐漸發展起來，這項技術在國外的應用比較廣泛。伯努利方程是這項技術的技術原理，主要是將相應的壓力轉換為速度，油管內的液體通過加壓之后，噴嘴噴射出的液體速度可以達到126m/s，再通過環空注入相應的液體，可以保證井底的壓力控制在裂縫延伸的壓力以下，此時，射出的液體速度可以達到最高。當其中壓力比較低的時候，環空泵中的液體會隨著壓力差的作用，進入到射流區當中，和噴射嘴射出的液體同時被吸入地層。除此之外，相應的水力噴射器通常會和常規的油管進行連接，并且也可以和更大直徑的油管進行結合，通過這樣的方式來保證施工的簡便程度，

到目前為止，我國以及其他一些國家，在數百口油井中已經應用這項技術，主要是進行酸壓或者加沙壓裂。

2 發展展望

（1）水力噴射分段壓裂技術。相應的水力噴射技術可以在水平井中應用，并且在施工的過程中，操作比較安全簡便。因此，根據時代的發展，水平井水力噴射分段壓裂的技術將被大力發展，是今后發展的趨勢。

（2）新型低傷害化學暫堵膠塞分段壓裂技術。根據之前的技術，大體上采用的都是液體膠塞和填砂隔離的方式，同時，液體膠塞的濃度比較高。并且，在施工結束之后，需要沖開膠塞和砂子，在很大程度上會傷害上下的儲層。新型的化學膠塞必須要采用低濃度的成膠劑，在凝結之后強度比較高，在進行封堵的過程中不用填砂，在施工結束之后，可以不用鉆開膠塞和砂子，可以將液體直接排出。這樣的話，對地層的傷害比較小。

（3）雙封隔器單卡分段壓裂技術。在套管井的分段改造過程當中，比較適應的技術就是雙封隔器單卡分段的壓裂技術，這項技術可以一次性射開多層的改造，同時再運用上述方式，可以很快完成各層的壓裂。這項技術具有很強的針對性，同時在很大程度上可以節省時間，但是需要加大對這項技術的研究力度。

（4）多級封隔器分段壓裂技術。在雙封隔器的分段壓裂技術研究成功之后，相應的研究人員在這個基礎之上發展了多級的封隔器分段壓裂技術，這項技術和滑動套筒的裝置比較相似，液壓座封隔器可以將每層的層封隔開，在每個套筒當中，有一個螺紋連接的球座，在最下面的套筒上有一個最小的球座，在最上部分的套筒內部裝有最大的球座。然后，將不同大小的密度球送入油管當中，之后再將球泵裝置到相應的配套球座內。通過這樣的方式，最多可以打開十個層次進行生產。

3 結語

從總體上看，水平井段分段壓裂改造的技術已經有了很大的突破，不過就目前的發展來看，這項技術并不能被廣泛應用，困難之處主要在于分段壓裂工藝的方法選擇以及相應的工具。

目前，水平井段分段壓裂技術主要有水力噴射方法、機械方法以及化學方法等，相關研究人員將這些技術進行比較，得出其中水力噴射的方法在操作上比較簡單，比較容易實現，同時這項技術在施工的過程中風險比較小，在套管、篩眼中被廣泛應用。相應的管柱在操作上可以實現多段分壓的方式，在很大程度上可以縮短施工的時間，增加更多的量產，同時也不會對儲層造成很大的傷害。并且在國內外這項技術已經得到了廣泛的應用，對于其他分段壓裂的技術，在很大程度上還需要進一步研究和改進。

在此背景下，我們提出了以下3點意見和建議，分別為：第一，在對水力噴射分段壓裂技術的研究過程中，難題主要是優化水力噴砂壓裂的設計和施工技術的方法；第二，要加大對新型化學暫堵膠塞分段壓裂的研究力度；第三，加大對雙封隔器以及多級分段壓裂的技術的研究力度。希望通過本文關于水平井分段壓裂技術的研究和分析，可以對我國相關方面的發展起到一定的借鑒意義和促進作用，為我國國民經濟的發展貢獻出更為優越的貢獻。