水平井分段压裂工艺技术现状及展望探讨

王玉麟

【摘要】：随着我国经济的快速发展，水平井分段压裂工艺技术的应用越来越普遍。本文从水平井油气藏的优势和压裂原理、常用工艺以及存在的突出问题对水平井的应用情况进行描述，希望能为同类油气藏的开发提供借鉴。

【关键词】：水平井；压裂；低孔渗

1、水平井的优势及压裂原理

1.1水平井的优势

水平井穿过油气储层的长度大，增加了储层的泄油气面积，快速提高油气井的产量及效率；如若地层经过大规模的拉伸构造作用，在储层区域产生了天然裂缝，这些天然裂缝的渗透率极高，水平井可以将天然裂缝贯通起来，减少油气采集的能量及压力损耗，有效的提高采收率，并可以减少定向井或直井的投入，实现油气藏的有效开采。对于原油黏度较高的水驱产层，通过直井开采极易遇到水锥问题，对于该类产层可利用水平井在油层的上部造斜，然后钻进一定长度的水平段，这样既能保持压力降低幅度减小，解决水锥问题，还能延长无水采油的时间，从而大幅度提高油井的产量；水平井可以通过薄的油层，这些油层可能对直井来说不具有工业开采价值，但水平井的改造可以突破这一点，实现储层的利用。

1.2水平井压裂原理

水平井压裂后裂缝的产生及延伸方向与水平井筒轴线方向及地层应力的大小和方向有关，如井筒与最大主应力方向相同，则形成与最小主应力方向垂直的纵向裂缝；如果井筒与最大主应力方向垂直，则形成垂直于井筒，沿最大主应力方向延伸的横向裂缝；如果井筒与最大主应力呈现一定的夹角，则会形成偏向主应力方向、垂直最小应力方向的扭曲裂缝。压裂前油气通常以径向流的流动趋势聚集在井壁周围，渗流的阻力极大。而压裂后流向将平行于裂缝的壁面，阻力则相对降低。因此对于高渗透储层，水平井改造形成纵向裂缝改造效果能较为理想，而低渗透储层则横向裂缝比较利于产能提高。

2、目前常用水平井压裂工艺

2.1限流压裂工艺

通过对孔眼的尺寸、射孔深度以及泵注排量进行优化，通过泵注排量提高井底压力，达到破裂压力后，实现多孔段同时压开，让多条裂缝同时延伸。限流压裂工艺具有施工周期短、技术简单、无需下入工具并可形成多条裂缝改造的优点；但不能用于非套管完井的井型，针对应力差异较大的储层改造这改造效果将会很差，多条裂缝的延伸也不均衡，达不到理想的增产效果，产量较大的储层在生产后期容易因流速过快而出砂。

2.2分段压裂工艺

欲将水平井所通过的不同应力储层进行短时间内较好的改造，形成多条优化裂缝并实现快速返排求产，因此分段压裂、逐步改造，成为了水平井压裂的主流。常用水平井压裂工艺有以下四类：（1）化学隔离分段压裂工艺：施工流程为有井筒的末端改造层开始，进行逐级改造，首先射开前一段目的改造层后用油管进行压裂改造，压裂完成后进行填砂并加入粘稠完井液，形成液体胶塞实现压裂井段与未压裂井段的隔离，然后依次对所有改造层段进行压裂。（2）机械封隔分段压裂工艺：该工艺主要用于套管完井井型，通过封隔器和桥塞的单独或组合应用，实现改造层的封隔，然后进行压裂施工。桥塞和封隔器的组合应用，由井底最近改造层开始，射孔后通过油管送液进行壓裂，然后将桥塞坐封，进行下一层的改造，依次完成所有压裂井段，然后打捞出桥塞排液求产，实现合层开采。该工艺具有工具简单、水平井筒封隔可靠的优点。但对于高压气井的作业影响较大，易造成地层污染，而且施工周期长。（3）环空封隔工艺：将封隔器下到离井底最近的第一个改造层的设计位置，然后通过油管进行加压坐封，完成坐封后从油套环空进行压裂施工，完成该层泵注程序后，通过油管打压剪断销钉实现解封，然后洗井，洗净后上提管柱，然后重复坐封压裂再次上提射孔压裂，实现分层压裂。该工艺所需下井工具较少，出现砂卡现象的处理也比较容易，而且液体流动容积大、摩阻小、施工压力低等优点，但对套管和固井质量要求较高，容易因套管或固井质量问题造成井壁坍塌，同时对套管寿命有一定影响，还需不断地改进和完善，该工艺主要应用于浅层水平井，不适用与高压改造层位。（4）水力喷砂工艺：利用高压流体通过喷孔流出后，则将液体的机械能转化成了动能，喷射到改造层位形成梭型的井眼，然后通过环空注入液体加压，让改造层位出压力达到地层延伸的破裂压力。因从喷嘴喷出的流体是高速流动的，该区压力最低，环空泵注的液体也在压差作用下进入射流区进入地层，实现地层对液体的吸收和裂缝的延伸。完成上一层压裂改造后，上提管柱到下一层设计层位，然后依次压开。该工艺多应用于裸眼完井或筛管完井，安全性好、操作简易、效率高等特点，施工后需要将施工管柱再次提出，然后下入完井管柱，才能进行正常开采。

3、水平井压裂工艺的发展

通过大量的实验、应用和分析证明，对于目的层为石灰岩、砂岩，完井方式为裸眼、筛管甚至是套管完井的水平井，水力喷射技术是应用效果较为理想的，安全快捷，操作简便；填砂和液体胶塞的组合方式对储层封堵层伤害都很大，浓度越高伤害程度越高，而且在钻磨胶塞的过程中对上下储层都有影响，因此，新型的破胶时间可控且破胶彻底、无需填砂、冲砂或者钻洗的作业工艺是主要的研究方向。双封单卡的工艺需要在胶筒抗磨擦能力和受温度影响方面进行深入研究，减少因摩擦和温度造成胶筒的损坏和变形，从而导致坐封失败，还要在解决封隔器出现砂卡和解卡问题。发展不动管柱多级封隔压裂工艺，在球径和坐封球坐上进行上进行深入分析和开发，实现不动管柱压裂，同时压裂后直接转化为生产管柱。

结语

水平井是当前各大油气田开发的所用的主要开采方式，水平井压裂是实现增产目的的主要工艺，因此工艺技术的发展就是油田产量的提高。因此水平井压裂技术的研发对于油田发展来说极为重要。压裂的工艺难点主要来源于针对目的层的特点进行改造技术的选择和封堵工具的应用。本文介绍的压裂方法是当前我国常用的水平井压裂技术，根据地质情况及完井情况进行相应技术的选择。液体的研发、工具的优化也是当前压裂科研的重中之重，希望本文能够为我们从事石油行业开发的工作者们能够提供参考。

【参考文献】：

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