水平井壓裂工藝淺析

徐睿

摘 要：水平井壓裂工藝目前廣泛應用于油田開發中，它具有增大油層流通面積、提高單井產量的特。本文對水平井采油優勢、水平井壓裂原理進行了簡單介紹，并對幾種常用的水平井壓裂工藝及其發展趨勢進行闡述，以供參考。

關鍵詞：水平井;壓裂工藝;優勢;原理

1 水平井的優勢及壓裂原理

1.1 水平井的優勢

水平井主要用于碳酸鹽巖裂縫油藏、帶氣頂或底水的油藏、薄層油藏、低滲透油藏、稠油油藏和高含水人工注水油藏等的開發[1]。

其應用需求主要體現在四個方面：其一是通過貫穿天然裂縫帶，大幅度提高裂縫性地層油氣產量;其二是通過增加井眼與地層的接觸面積和穿過滲透性較好的地帶提高低孔較致密儲層油氣產能;其三是根據油氣水分布控制鉆井走向以減少水錐進和氣錐進從而提高單井油氣采收率;其四是提高勘探開發效率，對很多類型的油藏，水平井鉆井可大大降低鉆井平均密度。

水平井的造價雖然高于垂直井，但對非裂縫性油藏其產量大約是垂直井的3倍，對具有天然裂縫的油藏產量可達到垂直井的12倍[2]，對含水開采的油田，油氣采收率要比垂直井提高很多。

1.2 水平井壓裂原理

水平井壓裂相對于直井來說要更復雜一些，要綜合考慮巖石動力流、儲層流體力學及儲層壓裂前后性質發生改變等因素。由于水平井井身軌跡的特殊性，壓裂過程中裂縫開裂方向由最小主應力方向、井筒方向兩者間的相對關系來決定，兩者垂直時，產生縱向裂縫，兩者平行時，產生橫向裂縫，如果兩者既不垂直也不平行，則裂縫方向復雜。壓裂完成后，橫向裂縫由于和井筒接觸而產生壓降，會降低油井產量，但橫向裂縫數量較多，可增大產液的流通面積;而縱向裂縫對儲層具有無因次導流功能，可提高儲層產量。

2 目前常用水平井壓裂工藝

2.1 限流分段壓裂

限流分段壓裂技術是依據射孔節流的原理，通過限制不同井段的射孔數目，實現整個生產井段內各層均有較高的凈壓力，從而實現同時壓開不同層段的目的層，由于該技術不采取套管內的封隔措施，可大大降低工具在水平井段內遇卡的風險，是比較經濟、有效的分段壓裂措施，主要應用于沒有進行射孔的新井中[3]。

該工藝在實施過程中，由于橫向巖性分布復雜，使造縫部位針對性不強;裂縫控制手段欠缺，易出現暴性水淹;缺乏有針對性的裂縫定量解釋方法。

2.2 雙封隔器分段上提壓裂

雙封隔器分段上提壓裂是利用封隔器及配套工具對目的層位強制分段，通過導壓噴砂器的節流壓差坐封壓裂分隔器，壓裂目的層后上提管柱重復上述操作，可實現一趟管柱完成多層段壓裂。該工藝具有可控性強和壓裂效果好的特點，目前在我國各大油田獲得廣泛應用。實施過程中，布縫宜均勻，隔層厚在30m以上;射孔段宜控制在3-5m間，0°時不射孔。

2.3 裸眼分段壓裂技術

裸眼分段壓裂是將壓裂管柱連接到水平井分段壓裂管柱上，下到預定位置時泵加壓用低密度球坐封所有封隔器，繼續加壓至一定壓力，剪斷滑套內的銷釘，內滑套在壓力作用下下行至指定位置后鎖緊，然后通過外筒上的噴砂孔進行壓裂施工。該技術是將完井管柱和壓裂管柱合并為一趟管柱一起下入，采用裸眼封隔器封隔水平段，實現水平井分段封隔壓裂作業，從而實現提高單井產量的目的，同時該工藝具有施工簡單、周期短、作業效率高等特點，目前在油氣田開發中得到很好的應用。實施過程中注意根據裂縫長度分析其倒流能力，確定合理的砂比，減少壓裂液的浪費。

2.4 水力噴射分段壓裂

水力噴射分段壓裂動量--沖量原理，水和固體顆粒兩項流高速噴射沖擊套管和巖石，形成射孔通道，是近年發展起來的壓裂工藝新技術，它將水力噴砂射孔和水力壓裂工藝合二為一，不用機械密封裝置就能快速準確的進行多層定位壓裂。該工藝射成孔質量高、孔眼大、孔徑深，對套管破壞性小，能實現射孔方向與最大主應力方向一致，降低破裂壓力和裂縫延伸壓力，控制裂縫近井轉向、導引裂縫擴展，提高壓裂成功率，目前各油田應用廣泛。實施過程中根據不同工況合理確定噴射距離，一般在10-18mm范圍內，以提高噴射效果;該工藝要求套管強度及完井方式必須滿足環空泵注的強度要求，否則作業時會出現安全隱患。

2.5 化學隔離分段壓裂

該技術主要用于套管，其基本做法是：①射開第一段，油管壓裂;②用液體膠塞和砂子隔離已壓裂井段;③射開第二段，通過油管壓裂該段，再用液體膠塞和砂子隔離;④采用這種辦法，依次壓開所需改造的井段;⑤施工結束后沖砂沖膠塞合層排液求產。液體膠塞和填砂分隔分段壓裂方法施工安全性高，但所使用的液體膠塞濃度高，對所隔離的層段傷害大，同時壓后排液之前要沖開膠塞和砂子，沖砂過程中對上下儲層均會造成傷害，而且施工工序繁雜，作業周期長，使得綜合成本高，因此，該技術20世紀90年代初發展起來后沒有得到進一步發展與推廣應用[3]。

3 水平井壓裂工藝改進與管理

3.1水平井壓裂技術的改進

伴隨著油氣田資源開發規模逐漸加大，從目前面臨“三低”的油氣藏即將轉戰致密油氣田、頁巖氣等油氣田開發，難度逐漸增大，低滲透、超低滲透、致密油氣藏等非常規油氣藏開發面臨難題突顯，而制約超低滲、致密油氣田等經濟有效開發的關鍵技術就是儲層改造技術的突破，實現油氣藏縱橫剖面有效動用，提高單井產量。

3.2 水平井低傷害清潔壓裂液體系

隨著地層開發難度逐漸增大，地層越來越敏感，與此同時水平井壓裂技術日新月異，但是與之相配套的低傷害壓裂液體系未能及時跟進。為實現這一目標，相關領域應加強對水平井低傷害清潔壓裂液性能研究，配套完善的水平井壓裂液體系。

3.3 水平井段內多裂縫壓裂技術

油氣田開發滲透率逐漸降低，增加改造體積充分動用儲層儲量，增大泄流面積，提高單井產量迫在眉睫。通過水平井段內開始多裂縫可實現儲層整體的動用程度，實現水平井水平段體積化改造模式，從而提高水平井動用儲量。

3.4 連續油管水力噴射射孔環空壓裂技術

該技術可以部分解決可鉆式復合橋塞分段壓裂技術出現的不足之處，作為其補充，與其配合使用。連續油管水力噴射射孔環空壓裂技術已經在各大氣田得到了廣泛的應用，取得較好效果。

3.5 加強壓裂技術專項管理

各油田工程及科研單位分工協作，開展應用基礎、工藝方法、壓裂監測與診斷及新材料方面研究的同時加快壓裂工具的研制;在總部層面設立可持續的重大先導性實驗專項，安排專門力量負責先進技術的引進與國產化，分工明確、突出重點，實現引進、自主、集成創新相結合，逐漸形成工業化配套能力，使我國壓裂技術提升至新水平[4]。

4 結束語

①水平井水平井段分段壓裂改造是獲得較好效果的前提，其工藝技術難點在于分段壓裂工藝方式選擇和井下封堵工具;②目前水平井分段壓裂工藝技術方法主要有化學方法、機械方法和水力噴射等方法，比較而言，水力噴射方法可以實現自動封堵，施工風險小，可用于裸眼、篩管與套管等完井方式，一趟管柱可進行多段壓裂，縮短施工周期，有利于降低儲層傷害，在國外的水平井分段壓裂中得到廣泛的應用，其他分段壓裂技術和工具均各有優缺點，需進一步改進與完善;③進一步開展水平井分段壓裂改造工藝技術適應性研究，完善水平井分段壓裂工藝。

參考文獻：

[1]劉振宇，劉洋，賀麗艷，等.人工壓裂水平井研究綜述[J].東北石油大學學報，2002，26（4）：96-99.

[2]陳海龍，李曉平，李其正.水平井段最優長度的確定方法研究[J].西南石油大學學報，2003，25（1）：47-48.

[3]陳作.水平井分段壓裂工藝技術現狀及展望[J].天然氣工業，2007，27（9）：78-80.

[4]曾凡輝，郭建春，茍波，等.水平井壓裂工藝現狀及發展趨勢[J].石油天然氣學報，2010，（06）：294-298.