水平井分段壓裂技術(shù)的研究與展望

姜振波

引言：水平井分段壓裂改造技術(shù)是目前國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)，代表著采油、采氣工藝技術(shù)的發(fā)展方向。所謂分段壓裂技術(shù)，就是在井筒內(nèi)沿看水平井眼的方向，根據(jù)油藏物性和儲(chǔ)層特征，在儲(chǔ)層物性較好的幾個(gè)或更多水平段上，采用一定的技術(shù)措施嚴(yán)格控制射孔孔眼的數(shù)蚤、孔徑和射孔相位，通過(guò)一次壓裂施工同時(shí)壓開(kāi)幾個(gè)或更多水平段油層的技術(shù)，這是一套有效改造低滲透油氣藏的水平井技術(shù)。

一、水平井壓裂技術(shù)的現(xiàn)狀

水平井分段壓裂工藝技術(shù)已在中國(guó)石油塔里木、遼河、長(zhǎng)慶等多個(gè)油田進(jìn)行了應(yīng)用，并取得了一定效果。2010年，水平井裸眼分段壓裂酸化工具及其配套技術(shù)在中國(guó)石油自主研發(fā)并生產(chǎn)成功。大力發(fā)展水平井技術(shù)是高效開(kāi)發(fā)復(fù)雜油氣藏特別是低滲透、稠油和裂縫性氣藏的重要舉措。我國(guó)頁(yè)巖氣資源前景廣闊，包括海相頁(yè)巖分布區(qū)和陸相頁(yè)巖分布。水平井分段壓裂改造等技術(shù)是爪點(diǎn)突破。未來(lái)頁(yè)宕氣的開(kāi)發(fā)將主要是靠小井眼鉆井和先期裸眼完井降低工程成木、靠水平井分段壓裂技術(shù)提高單井產(chǎn)量、靠長(zhǎng)水平段水平井延長(zhǎng)油氣井生產(chǎn)周期的開(kāi)發(fā)模式，最終實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣的效益開(kāi)發(fā)。

二、國(guó)內(nèi)水平井分段壓裂技術(shù)的分類(lèi)

（l）化學(xué)隔離技術(shù)

化學(xué)隔離技術(shù)通過(guò)油竹壓裂，用液體膠塞和砂子隔離己壓裂井段。施工安全性高，但是儲(chǔ)層會(huì)造成傷害，而且施工工序繁雜，作業(yè)周期長(zhǎng)，使得綜合成木高。

（2）機(jī)械封隔分段壓裂技術(shù)

機(jī)械封隔分段壓裂技術(shù)包括：機(jī)械橋塞+封隔器分段壓裂；環(huán)空封隔器分段壓裂：雙封隔器單卡分壓。

（3）限流壓裂技術(shù)

壓裂時(shí)通過(guò)低密度射孔、大排最供液，形成足夠的炮眼磨阻，實(shí)現(xiàn)一次壓裂對(duì)最多5個(gè)破裂壓力相近的油層進(jìn)行改造。適用于油層多、隔層小、滲透率低、可以定點(diǎn)低密度射孔的油水井完井壓裂。

（4）水力噴砂壓裂技術(shù)

水力噴射壓裂是一種綜合集水力噴砂射孔、水力壓裂和水力隔離等多種工藝一體化的新型水力壓裂技術(shù)。水力噴砂壓裂技術(shù)不用封隔器一與橋塞等隔離工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封隔。通過(guò)拖動(dòng)竹柱，將噴嘴放到下一個(gè)需要改造的層段，可依次壓開(kāi)所需改造井段。水力噴射壓裂技術(shù)可以在裸眼、篩管完井的水平井，進(jìn)行加砂壓裂，也可以在套管井上進(jìn)行，施工安全性高，可以用趟管柱在水平井中快速、準(zhǔn)確地壓開(kāi)多條裂縫，水力噴射工具可以與常規(guī)油管相連接入并。施工更快捷，國(guó)內(nèi)外己有數(shù)百口井用此技術(shù)進(jìn)行過(guò)酸壓或加砂壓裂處理。

國(guó)內(nèi)學(xué)者在以下幾個(gè)方面做了研究：

1、分析了水平井段分段地應(yīng)力分布特征的基拙上，提出了優(yōu)化分不允壓裂限流射孔的方法；研發(fā)的小井眼專(zhuān)用水平井壓裂工其，實(shí)現(xiàn)了水平井段機(jī)械封隔分段壓裂；同時(shí)利用全三維壓裂設(shè)計(jì)軟件對(duì)壓裂施工程序進(jìn)行了優(yōu)化，篩選出適合水平井壓裂改造的工作液體系。

2、對(duì)水平井埋藏深、籠統(tǒng)全相位射開(kāi)井段長(zhǎng)、原油私度高、水平井筒與油藏最大地應(yīng)力方向不完全平行的特點(diǎn)。通過(guò)儲(chǔ)層地質(zhì)精細(xì)劃分、壓裂水平井裂縫參數(shù)優(yōu)選、投球分段壓裂和施工壓力預(yù)測(cè)等技術(shù)，形成了適合水平井長(zhǎng)射孔段的低成本綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和分段壓裂技術(shù)，獲得了良好的增產(chǎn)效果。

3、水平井分段壓裂產(chǎn)能影響因素研究，建立了油藏與裂縫的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了差分求解、編程。分析了裂縫長(zhǎng)度、數(shù)量、間距和不均勻分布等因素對(duì)產(chǎn)能的影響。

4、為了能更有效地利用水平井裸眼完井壓裂技術(shù)開(kāi)發(fā)蘇里格低滲透氣田設(shè)計(jì)了開(kāi)啟閥式裸眼封隔器。

5、水平井機(jī)械隔離分段壓裂技術(shù)進(jìn)行了研究，并在吐哈油田牛平17一14井水平段進(jìn)行了試驗(yàn)，采用封隔器+機(jī)械橋塞隔離井筒方式，時(shí)三段水平段逐段進(jìn)行了壓裂改迭，現(xiàn)場(chǎng)施工均一次成功，并見(jiàn)到良好應(yīng)用效果。

6、針對(duì)已大段射孔、無(wú)法下井下工其的水平井，提出了水平井投球分段壓裂技術(shù)。

7、提出一種新型水平井不動(dòng)管柱封隔器分段壓裂工藝技術(shù).利用ABAOUS有限元分析軟件對(duì)工藝管柱進(jìn)行力學(xué)分析。

三、水平井分段壓裂技術(shù)的研究與發(fā)展方向

常規(guī)水平井壓裂技術(shù)方面，哈里伯頓連續(xù)油憐水力噴砂環(huán)空加砂壓裂技術(shù)指標(biāo)：溫度150℃；深度3000米：油管直徑6o.3mm；施工層數(shù)43層。在國(guó)內(nèi)中石油西南油田技術(shù)指標(biāo)：油管直徑So.smm；深度1105m：施工層數(shù)3層，石化在該技術(shù)方面處在試驗(yàn)階段。

連續(xù)管壓裂技術(shù)（14-17）是國(guó)外90年代以來(lái)發(fā)展最快的技術(shù)。連續(xù)油管（或環(huán)空）壓裂是一種新的安全、經(jīng)濟(jì)、高效的油田服務(wù)技術(shù)。壓裂層位址人深度約1萬(wàn)英尺。該技術(shù)特別適合只有多個(gè)薄油、氣層井進(jìn)行逐層壓裂作業(yè)。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn){1）起下壓裂管住快，從而大大縮短作業(yè)的時(shí)間；（2）可以.單井作業(yè)，成木低；（3）能在欠平衡條件下作業(yè)，從而減輕或避免油氣層的傷害；（4）能使每個(gè)小層都得到壓裂改造，整口井的增產(chǎn)效果好。

連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)有連續(xù)油管注入分層壓裂技術(shù)和連續(xù)油管環(huán)空注入分層壓裂技術(shù)。從90年代后期開(kāi)始在油、氣田上得到應(yīng)用，連續(xù)油管壓裂作業(yè)已經(jīng)在加拿大應(yīng)用多年；現(xiàn)在美國(guó)的幾個(gè)地區(qū)，主要是科羅拉多、德克薩斯、亞拉巴馬和弗吉尼亞，也已進(jìn)行連續(xù)油管壓裂作業(yè)；在英國(guó)的英格蘭和愛(ài)爾蘭也已經(jīng)實(shí)施了連續(xù)油管壓裂作業(yè)。連續(xù)油管壓裂作業(yè)是在陸上的油、氣井中實(shí)施的?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施證實(shí)了連續(xù)油管帶封隔器環(huán)空分段壓裂技術(shù)的先進(jìn)性和有效性。該技術(shù)通過(guò)連續(xù)油管帶噴射工具和定位器進(jìn)行定點(diǎn)噴砂射孔實(shí)現(xiàn)了薄層精細(xì)壓裂；通過(guò)噴射工具下的封隔器進(jìn)行坐封后套管主壓裂實(shí)現(xiàn)了較大排量注入；通過(guò)上提下放坐封解封的封隔器實(shí)現(xiàn)了多級(jí)壓裂。

四、總結(jié)

總體來(lái)說(shuō)，水平井分段壓裂技術(shù)目前還存在著需要改進(jìn)的空間，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用也出現(xiàn)了一些技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少。特別在水平井分段壓裂工藝和井下工具等方面，與我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)需求還存在較大的差距。我們要從水力裂縫優(yōu)化設(shè)計(jì)、分段壓裂工藝技術(shù)、分段壓裂工具、壓裂材料、水力裂縫動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行高新高能材料和精工制造方面的科技攻關(guān)，努力提升水平井分段壓裂技術(shù)水平。

（作者單位：中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司壓裂公司）