水平井分段壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀及展望探討

王玉麟

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水平井分段壓裂工藝技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍。本文從水平井油氣藏的優(yōu)勢和壓裂原理、常用工藝以及存在的突出問題對水平井的應(yīng)用情況進(jìn)行描述，希望能為同類油氣藏的開發(fā)提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】：水平井；壓裂；低孔滲

1、水平井的優(yōu)勢及壓裂原理

1.1水平井的優(yōu)勢

水平井穿過油氣儲層的長度大，增加了儲層的泄油氣面積，快速提高油氣井的產(chǎn)量及效率；如若地層經(jīng)過大規(guī)模的拉伸構(gòu)造作用，在儲層區(qū)域產(chǎn)生了天然裂縫，這些天然裂縫的滲透率極高，水平井可以將天然裂縫貫通起來，減少油氣采集的能量及壓力損耗，有效的提高采收率，并可以減少定向井或直井的投入，實現(xiàn)油氣藏的有效開采。對于原油黏度較高的水驅(qū)產(chǎn)層，通過直井開采極易遇到水錐問題，對于該類產(chǎn)層可利用水平井在油層的上部造斜，然后鉆進(jìn)一定長度的水平段，這樣既能保持壓力降低幅度減小，解決水錐問題，還能延長無水采油的時間，從而大幅度提高油井的產(chǎn)量；水平井可以通過薄的油層，這些油層可能對直井來說不具有工業(yè)開采價值，但水平井的改造可以突破這一點，實現(xiàn)儲層的利用。

1.2水平井壓裂原理

水平井壓裂后裂縫的產(chǎn)生及延伸方向與水平井筒軸線方向及地層應(yīng)力的大小和方向有關(guān)，如井筒與最大主應(yīng)力方向相同，則形成與最小主應(yīng)力方向垂直的縱向裂縫；如果井筒與最大主應(yīng)力方向垂直，則形成垂直于井筒，沿最大主應(yīng)力方向延伸的橫向裂縫；如果井筒與最大主應(yīng)力呈現(xiàn)一定的夾角，則會形成偏向主應(yīng)力方向、垂直最小應(yīng)力方向的扭曲裂縫。壓裂前油氣通常以徑向流的流動趨勢聚集在井壁周圍，滲流的阻力極大。而壓裂后流向?qū)⑵叫杏诹芽p的壁面，阻力則相對降低。因此對于高滲透儲層，水平井改造形成縱向裂縫改造效果能較為理想，而低滲透儲層則橫向裂縫比較利于產(chǎn)能提高。

2、目前常用水平井壓裂工藝

2.1限流壓裂工藝

通過對孔眼的尺寸、射孔深度以及泵注排量進(jìn)行優(yōu)化，通過泵注排量提高井底壓力，達(dá)到破裂壓力后，實現(xiàn)多孔段同時壓開，讓多條裂縫同時延伸。限流壓裂工藝具有施工周期短、技術(shù)簡單、無需下入工具并可形成多條裂縫改造的優(yōu)點；但不能用于非套管完井的井型，針對應(yīng)力差異較大的儲層改造這改造效果將會很差，多條裂縫的延伸也不均衡，達(dá)不到理想的增產(chǎn)效果，產(chǎn)量較大的儲層在生產(chǎn)后期容易因流速過快而出砂。

2.2分段壓裂工藝

欲將水平井所通過的不同應(yīng)力儲層進(jìn)行短時間內(nèi)較好的改造，形成多條優(yōu)化裂縫并實現(xiàn)快速返排求產(chǎn)，因此分段壓裂、逐步改造，成為了水平井壓裂的主流。常用水平井壓裂工藝有以下四類：（1）化學(xué)隔離分段壓裂工藝：施工流程為有井筒的末端改造層開始，進(jìn)行逐級改造，首先射開前一段目的改造層后用油管進(jìn)行壓裂改造，壓裂完成后進(jìn)行填砂并加入粘稠完井液，形成液體膠塞實現(xiàn)壓裂井段與未壓裂井段的隔離，然后依次對所有改造層段進(jìn)行壓裂。（2）機械封隔分段壓裂工藝：該工藝主要用于套管完井井型，通過封隔器和橋塞的單獨或組合應(yīng)用，實現(xiàn)改造層的封隔，然后進(jìn)行壓裂施工。橋塞和封隔器的組合應(yīng)用，由井底最近改造層開始，射孔后通過油管送液進(jìn)行壓裂，然后將橋塞坐封，進(jìn)行下一層的改造，依次完成所有壓裂井段，然后打撈出橋塞排液求產(chǎn)，實現(xiàn)合層開采。該工藝具有工具簡單、水平井筒封隔可靠的優(yōu)點。但對于高壓氣井的作業(yè)影響較大，易造成地層污染，而且施工周期長。（3）環(huán)空封隔工藝：將封隔器下到離井底最近的第一個改造層的設(shè)計位置，然后通過油管進(jìn)行加壓坐封，完成坐封后從油套環(huán)空進(jìn)行壓裂施工，完成該層泵注程序后，通過油管打壓剪斷銷釘實現(xiàn)解封，然后洗井，洗凈后上提管柱，然后重復(fù)坐封壓裂再次上提射孔壓裂，實現(xiàn)分層壓裂。該工藝所需下井工具較少，出現(xiàn)砂卡現(xiàn)象的處理也比較容易，而且液體流動容積大、摩阻小、施工壓力低等優(yōu)點，但對套管和固井質(zhì)量要求較高，容易因套管或固井質(zhì)量問題造成井壁坍塌，同時對套管壽命有一定影響，還需不斷地改進(jìn)和完善，該工藝主要應(yīng)用于淺層水平井，不適用與高壓改造層位。（4）水力噴砂工藝：利用高壓流體通過噴孔流出后，則將液體的機械能轉(zhuǎn)化成了動能，噴射到改造層位形成梭型的井眼，然后通過環(huán)空注入液體加壓，讓改造層位出壓力達(dá)到地層延伸的破裂壓力。因從噴嘴噴出的流體是高速流動的，該區(qū)壓力最低，環(huán)空泵注的液體也在壓差作用下進(jìn)入射流區(qū)進(jìn)入地層，實現(xiàn)地層對液體的吸收和裂縫的延伸。完成上一層壓裂改造后，上提管柱到下一層設(shè)計層位，然后依次壓開。該工藝多應(yīng)用于裸眼完井或篩管完井，安全性好、操作簡易、效率高等特點，施工后需要將施工管柱再次提出，然后下入完井管柱，才能進(jìn)行正常開采。

3、水平井壓裂工藝的發(fā)展

通過大量的實驗、應(yīng)用和分析證明，對于目的層為石灰?guī)r、砂巖，完井方式為裸眼、篩管甚至是套管完井的水平井，水力噴射技術(shù)是應(yīng)用效果較為理想的，安全快捷，操作簡便；填砂和液體膠塞的組合方式對儲層封堵層傷害都很大，濃度越高傷害程度越高，而且在鉆磨膠塞的過程中對上下儲層都有影響，因此，新型的破膠時間可控且破膠徹底、無需填砂、沖砂或者鉆洗的作業(yè)工藝是主要的研究方向。雙封單卡的工藝需要在膠筒抗磨擦能力和受溫度影響方面進(jìn)行深入研究，減少因摩擦和溫度造成膠筒的損壞和變形，從而導(dǎo)致坐封失敗，還要在解決封隔器出現(xiàn)砂卡和解卡問題。發(fā)展不動管柱多級封隔壓裂工藝，在球徑和坐封球坐上進(jìn)行上進(jìn)行深入分析和開發(fā)，實現(xiàn)不動管柱壓裂，同時壓裂后直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)管柱。

結(jié)語

水平井是當(dāng)前各大油氣田開發(fā)的所用的主要開采方式，水平井壓裂是實現(xiàn)增產(chǎn)目的的主要工藝，因此工藝技術(shù)的發(fā)展就是油田產(chǎn)量的提高。因此水平井壓裂技術(shù)的研發(fā)對于油田發(fā)展來說極為重要。壓裂的工藝難點主要來源于針對目的層的特點進(jìn)行改造技術(shù)的選擇和封堵工具的應(yīng)用。本文介紹的壓裂方法是當(dāng)前我國常用的水平井壓裂技術(shù)，根據(jù)地質(zhì)情況及完井情況進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)的選擇。液體的研發(fā)、工具的優(yōu)化也是當(dāng)前壓裂科研的重中之重，希望本文能夠為我們從事石油行業(yè)開發(fā)的工作者們能夠提供參考。

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