水平井压裂工艺浅析

徐睿

摘 要：水平井压裂工艺目前广泛应用于油田开发中，它具有增大油层流通面积、提高单井产量的特。本文对水平井采油优势、水平井压裂原理进行了简单介绍，并对几种常用的水平井压裂工艺及其发展趋势进行阐述，以供参考。

关键词：水平井;压裂工艺;优势;原理

1 水平井的优势及压裂原理

1.1 水平井的优势

水平井主要用于碳酸盐岩裂缝油藏、带气顶或底水的油藏、薄层油藏、低渗透油藏、稠油油藏和高含水人工注水油藏等的开发[1]。

其应用需求主要体现在四个方面：其一是通过贯穿天然裂缝带，大幅度提高裂缝性地层油气产量;其二是通过增加井眼与地层的接触面积和穿过渗透性较好的地带提高低孔较致密储层油气产能;其三是根据油气水分布控制钻井走向以减少水锥进和气锥进从而提高单井油气采收率;其四是提高勘探开发效率，对很多类型的油藏，水平井钻井可大大降低钻井平均密度。

水平井的造价虽然高于垂直井，但对非裂缝性油藏其产量大约是垂直井的3倍，对具有天然裂缝的油藏产量可达到垂直井的12倍[2]，对含水开采的油田，油气采收率要比垂直井提高很多。

1.2 水平井压裂原理

水平井压裂相对于直井来说要更复杂一些，要综合考虑岩石动力流、储层流体力学及储层压裂前后性质发生改变等因素。由于水平井井身轨迹的特殊性，压裂过程中裂缝开裂方向由最小主应力方向、井筒方向两者间的相对关系来决定，两者垂直时，产生纵向裂缝，两者平行时，产生横向裂缝，如果两者既不垂直也不平行，则裂缝方向复杂。压裂完成后，横向裂缝由于和井筒接触而产生压降，会降低油井产量，但横向裂缝数量较多，可增大产液的流通面积;而纵向裂缝对储层具有无因次导流功能，可提高储层产量。

2 目前常用水平井压裂工艺

2.1 限流分段压裂

限流分段压裂技术是依据射孔节流的原理，通过限制不同井段的射孔数目，实现整个生产井段内各层均有较高的净压力，从而实现同时压开不同层段的目的层，由于该技术不采取套管内的封隔措施，可大大降低工具在水平井段内遇卡的风险，是比较经济、有效的分段压裂措施，主要应用于没有进行射孔的新井中[3]。

该工艺在实施过程中，由于横向岩性分布复杂，使造缝部位针对性不强;裂缝控制手段欠缺，易出现暴性水淹;缺乏有针对性的裂缝定量解释方法。

2.2 双封隔器分段上提压裂

双封隔器分段上提压裂是利用封隔器及配套工具对目的层位强制分段，通过导压喷砂器的节流压差坐封压裂分隔器，压裂目的层后上提管柱重复上述操作，可实现一趟管柱完成多层段压裂。该工艺具有可控性强和压裂效果好的特点，目前在我国各大油田获得广泛应用。实施过程中，布缝宜均匀，隔层厚在30m以上;射孔段宜控制在3-5m间，0°时不射孔。

2.3 裸眼分段压裂技术

裸眼分段压裂是将压裂管柱连接到水平井分段压裂管柱上，下到预定位置时泵加压用低密度球坐封所有封隔器，继续加压至一定压力，剪断滑套内的销钉，内滑套在压力作用下下行至指定位置后锁紧，然后通过外筒上的喷砂孔进行压裂施工。该技术是将完井管柱和压裂管柱合并为一趟管柱一起下入，采用裸眼封隔器封隔水平段，实现水平井分段封隔压裂作业，从而实现提高单井产量的目的，同时该工艺具有施工简单、周期短、作业效率高等特点，目前在油气田开发中得到很好的应用。实施过程中注意根据裂缝长度分析其倒流能力，确定合理的砂比，减少压裂液的浪费。

2.4 水力喷射分段压裂

水力喷射分段压裂动量--冲量原理，水和固体颗粒两项流高速喷射冲击套管和岩石，形成射孔通道，是近年发展起来的压裂工艺新技术，它将水力喷砂射孔和水力压裂工艺合二为一，不用机械密封装置就能快速准确的进行多层定位压裂。该工艺射成孔质量高、孔眼大、孔径深，对套管破坏性小，能实现射孔方向与最大主应力方向一致，降低破裂压力和裂缝延伸压力，控制裂缝近井转向、导引裂缝扩展，提高压裂成功率，目前各油田应用广泛。实施过程中根据不同工况合理确定喷射距离，一般在10-18mm范围内，以提高喷射效果;该工艺要求套管强度及完井方式必须满足环空泵注的强度要求，否则作业时会出现安全隐患。

2.5 化学隔离分段压裂

该技术主要用于套管，其基本做法是：①射开第一段，油管压裂;②用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段;③射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离;④采用这种办法，依次压开所需改造的井段;⑤施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。液体胶塞和填砂分隔分段压裂方法施工安全性高，但所使用的液体胶塞浓度高，对所隔离的层段伤害大，同时压后排液之前要冲开胶塞和砂子，冲砂过程中对上下储层均会造成伤害，而且施工工序繁杂，作业周期长，使得综合成本高，因此，该技术20世纪90年代初发展起来后没有得到进一步发展与推广应用[3]。

3 水平井压裂工艺改进与管理

3.1水平井压裂技术的改进

伴随着油气田资源开发规模逐渐加大，从目前面临“三低”的油气藏即将转战致密油气田、页岩气等油气田开发，难度逐渐增大，低渗透、超低渗透、致密油气藏等非常规油气藏开发面临难题突显，而制约超低渗、致密油气田等经济有效开发的关键技术就是储层改造技术的突破，实现油气藏纵横剖面有效动用，提高单井产量。

3.2 水平井低伤害清洁压裂液体系

随着地层开发难度逐渐增大，地层越来越敏感，与此同时水平井压裂技术日新月异，但是与之相配套的低伤害压裂液体系未能及时跟进。为实现这一目标，相关领域应加强对水平井低伤害清洁压裂液性能研究，配套完善的水平井压裂液体系。

3.3 水平井段内多裂缝压裂技术

油气田开发渗透率逐渐降低，增加改造体积充分动用储层储量，增大泄流面积，提高单井产量迫在眉睫。通过水平井段内开始多裂缝可实现储层整体的动用程度，实现水平井水平段体积化改造模式，从而提高水平井动用储量。

3.4 连续油管水力喷射射孔环空压裂技术

该技术可以部分解决可钻式复合桥塞分段压裂技术出现的不足之处，作为其补充，与其配合使用。连续油管水力喷射射孔环空压裂技术已经在各大气田得到了广泛的应用，取得较好效果。

3.5 加强压裂技术专项管理

各油田工程及科研单位分工协作，开展应用基础、工艺方法、压裂监测与诊断及新材料方面研究的同时加快压裂工具的研制;在总部层面设立可持续的重大先导性实验专项，安排专门力量负责先进技术的引进与国产化，分工明确、突出重点，实现引进、自主、集成创新相结合，逐渐形成工业化配套能力，使我国压裂技术提升至新水平[4]。

4 结束语

①水平井水平井段分段压裂改造是获得较好效果的前提，其工艺技术难点在于分段压裂工艺方式选择和井下封堵工具;②目前水平井分段压裂工艺技术方法主要有化學方法、机械方法和水力喷射等方法，比较而言，水力喷射方法可以实现自动封堵，施工风险小，可用于裸眼、筛管与套管等完井方式，一趟管柱可进行多段压裂，缩短施工周期，有利于降低储层伤害，在国外的水平井分段压裂中得到广泛的应用，其他分段压裂技术和工具均各有优缺点，需进一步改进与完善;③进一步开展水平井分段压裂改造工艺技术适应性研究，完善水平井分段压裂工艺。

参考文献：

[1]刘振宇，刘洋，贺丽艳，等.人工压裂水平井研究综述[J].东北石油大学学报，2002，26（4）：96-99.

[2]陈海龙，李晓平，李其正.水平井段最优长度的确定方法研究[J].西南石油大学学报，2003，25（1）：47-48.

[3]陈作.水平井分段压裂工艺技术现状及展望[J].天然气工业，2007，27（9）：78-80.

[4]曾凡辉，郭建春，苟波，等.水平井压裂工艺现状及发展趋势[J].石油天然气学报，2010，（06）：294-298.