水平井壓裂工藝技術現狀及展望

魏冉

【摘? 要】油田勘探開發工程實際開展的過程中，水平井工藝有著十分良好的應用效果，和良好的綜合效益，目前這一技術已經在我國大量油田當中得到了深入廣泛的應用。

【關鍵詞】水平井壓裂;工藝技術;現狀和展望

引言

水平井水平段壓裂工藝和直井壓裂改造有著相對十分顯著的差異性，針對此可以采用針對性的壓裂改造工藝，如化學隔離分段壓裂、限流分段割裂等方式進行改造，文章就此展開分析。

1.水平井壓裂水力裂縫形態

水力裂縫方位垂直最小主地應力方位，因此，依據水平井井筒方向與最小主地應力方位的關系，水平井壓后水力裂縫形態一般有橫向裂縫、縱向裂縫和復雜裂縫三種類型。對于一口水平井，水力壓裂后將形成哪一種形態的水力裂縫，取決于地應力狀態與水平井井筒方位的相互關系，如果井筒平力最小主應力方向，則產生與井筒相垂直的橫向裂縫，如果井筒與最小主應力方向垂直，則產生與沿井筒方向延伸的縱向裂縫。實際上，由于地應力方位的復雜性以及射孔段長度等對裂縫起裂的影響，水平井井筒方位很難做到與最小主應力方向平力或垂直，一般存在一定角度的夾角，因此，水平井實際的水力裂縫形態為經過轉向的復雜的橫向或縱向裂縫。理論研究表明，水平井壓后各條裂縫的流態為線性流和徑向流并存的復雜流態，在生產一定時間后，水平井中多條裂縫會相互干擾，影響各裂縫的產量。因此，水平井中裂縫條數的優化非常重要，它不僅影響水平井的產能，同時也影響壓裂施工的安全性和最終經濟效益。研究認為，對于垂向滲透率小于或等于水平滲透率的儲層，優化的橫向裂縫條數為3～5條。但水平井究竟需要多少條裂縫與之匹配，須依據實際的儲層狀況進行優化。

2.水平井分段壓裂工藝技術現狀

欲在比較長的水平井井段中以較短的時間、安全地壓裂形成上述優化的多條水力裂縫，且壓后快速地排液，實現低傷害的水平井分段壓裂，其壓裂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，歸納國內外水平井分段壓裂的工藝技術方法，主要分為以下四類。

（1）化學隔離技術。國內外在20世紀90年代初采用該技術，主要用于套管井。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，該技術方法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。

（2）機械封隔分段壓裂技術。機械封隔技術用于套管井，主要有機械橋塞與封隔器結合或雙封隔器單卡分壓或環空封隔器分段壓裂等技術，基本分為以下3種。（1）機械橋塞+封隔器分段壓裂。射開第一段，油管壓裂，機械橋塞座封封堵;再射開第二段，油管壓裂，機械橋塞座封封堵;按照該方法依次壓開所需改造的井段，打撈橋塞，合層排液求產。（2）環空封隔器分段壓裂。首先把封隔器下到設計位置，從油管內加一定壓力坐封環空壓裂封隔器，從油套環空完成壓裂施工，解封時從油管加壓至一定壓力剪斷解封銷釘，同時打開洗井通道，洗井正常后起出壓裂管柱，重復作業過程，實現分射分壓。（3）雙封隔器單卡分壓。可以一次性射開所有待改造層段，壓裂時利用導壓噴砂封隔器的節流壓差壓裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各層的壓裂。現場試驗結果表明，環空封隔器分段壓裂技術已成功地應用于淺層油藏，相對成熟，在深井應用中還需改進與完善。雙封隔器單卡分段壓裂技術容易砂卡封隔器，造成井下事故，正進一步攻關。

（3）限流壓裂技術。限流壓裂技術是在壓裂過程中，當壓裂液高速通過射孔孔眼進入儲層時會產生孔眼摩阻且隨泵注排量的增加而增大，帶動井底壓力的上升，當井底壓力一旦超過多個壓裂層段的破裂壓力，即在每一個層段上壓開裂縫，它要求各個段破裂壓力基本接近，可用孔眼摩阻來調節。該技術多用于形成縱向裂縫的水平井，分段的針對性相對較差。

（4）水力噴砂壓裂技術。水力噴射分段改造技術是90年代末發展起來的目前國外應用比較廣泛的技術，其技術原理是根據伯努利方程，將壓力能轉換為速度，油管流體加壓后經噴嘴噴射而出的高速射流（噴嘴噴射速度大于126m/s）在地層中射流成縫，通過環空注入液體使井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，射流出口周圍流體速度最高，其壓力最低，環空泵注的液體在壓差作用下進入射流區，與噴嘴噴射出的液體一起被吸入地層，驅使裂縫向前延伸，因井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，壓裂下一層段時，已壓開層段不再延伸，因此，不用封隔器與橋塞等隔離工具，實現自動封隔。通過拖動管柱，將噴嘴放到下一個需要改造的層段，可依次壓開所需改造井段。水力噴射壓裂技術可以在裸眼、篩管完井的水平井中進行加砂壓裂，也可以在套管井上進行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規油管相連接入井，也可以與大直徑連續油管（60.3mm）相結合，使施工更快捷，國內外已有數百口井用此技術進行過酸壓或加砂壓裂處理。

3.發展展望

（1）水力噴射分段壓裂技術。水力噴射技術可以在裸眼、篩管、甚至套管完井的水平井以及石灰巖、砂巖等不同巖性上進行分段酸壓或加砂壓裂，而且施工安全快捷。大力發展水平井水力噴射分段壓裂技術，特別是與大直徑連續油管（ 73mm）聯作是一個總的發展趨勢。

（2）新型低傷害化學暫堵膠塞分段壓裂技術。在以往的技術條件下，采用的液體膠塞+填砂隔離的辦法，液體膠塞濃度高，傷害封堵層，且施工結束后需沖開或鉆開膠塞與砂子，又導致上下儲層傷害。新型傷害化學膠塞應采用低濃度成膠劑，成膠后強度高，封堵已壓層段不用填砂，成膠與破膠時間可控，壓后可徹底破膠水化，施工結束后無需沖砂或鉆塞等作業，直接排液求產，對地層傷害小。

（3）雙封隔器單卡分段壓裂技術。雙封隔器單卡分段壓裂技術適用用套管井的分段改造，可以一次性射開多層，采用上提管柱的方式，一趟管柱完成各層的壓裂，具有改造針對性強、節省時間的優勢，但需攻關解決砂卡封隔器后解卡技術。

（4）多級封隔器分段壓裂技術。在雙封隔器分段壓裂成功的基礎上發展不動管柱的多級封隔器分段壓裂技術，它類似滑動套筒循環裝置，液壓座封可回收封隔器將每層封隔開，每個套筒內裝有一個螺紋連接的球座，最小的球座裝在最下面的套筒上，最大的球座裝在最上部的套筒內，將不同大小的低密度球送入油管，然后將球泵送到相應的工具配套的球座內，封堵要增產處理的產層，再通過打開套筒就可以對下一個產層進行處理，最多可以對10個層進行不動管柱的分壓處理。

4.結束語

水平井的分段壓裂工藝應用的過程中可以獲得良好的效果，但是具體施工的過程中，分段壓裂工藝的方式選擇和工具應用都是較為重要的問題，針對此需要結合工藝具體內容，開展工程實踐。

參考文獻

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