水平井壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀及展望

魏冉

【摘? 要】油田勘探開發(fā)工程實(shí)際開展的過程中，水平井工藝有著十分良好的應(yīng)用效果，和良好的綜合效益，目前這一技術(shù)已經(jīng)在我國大量油田當(dāng)中得到了深入廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】水平井壓裂;工藝技術(shù);現(xiàn)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(xué)隔離分段壓裂、限流分段割裂等方式進(jìn)行改造，文章就此展開分析。

1.水平井壓裂水力裂縫形態(tài)

水力裂縫方位垂直最小主地應(yīng)力方位，因此，依據(jù)水平井井筒方向與最小主地應(yīng)力方位的關(guān)系，水平井壓后水力裂縫形態(tài)一般有橫向裂縫、縱向裂縫和復(fù)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(tài)的水力裂縫，取決于地應(yīng)力狀態(tài)與水平井井筒方位的相互關(guān)系，如果井筒平力最小主應(yīng)力方向，則產(chǎn)生與井筒相垂直的橫向裂縫，如果井筒與最小主應(yīng)力方向垂直，則產(chǎn)生與沿井筒方向延伸的縱向裂縫。實(shí)際上，由于地應(yīng)力方位的復(fù)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(yīng)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(shí)際的水力裂縫形態(tài)為經(jīng)過轉(zhuǎn)向的復(fù)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(tài)為線性流和徑向流并存的復(fù)雜流態(tài)，在生產(chǎn)一定時(shí)間后，水平井中多條裂縫會相互干擾，影響各裂縫的產(chǎn)量。因此，水平井中裂縫條數(shù)的優(yōu)化非常重要，它不僅影響水平井的產(chǎn)能，同時(shí)也影響壓裂施工的安全性和最終經(jīng)濟(jì)效益。研究認(rèn)為，對于垂向滲透率小于或等于水平滲透率的儲層，優(yōu)化的橫向裂縫條數(shù)為3～5條。但水平井究竟需要多少條裂縫與之匹配，須依據(jù)實(shí)際的儲層狀況進(jìn)行優(yōu)化。

2.水平井分段壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀

欲在比較長的水平井井段中以較短的時(shí)間、安全地壓裂形成上述優(yōu)化的多條水力裂縫，且壓后快速地排液，實(shí)現(xiàn)低傷害的水平井分段壓裂，其壓裂工藝技術(shù)難點(diǎn)在于分段壓裂工藝方式選擇和井下封堵工具，歸納國內(nèi)外水平井分段壓裂的工藝技術(shù)方法，主要分為以下四類。

（1）化學(xué)隔離技術(shù)。國內(nèi)外在20世紀(jì)90年代初采用該技術(shù)，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(jié)束后沖砂沖膠塞合層排液求產(chǎn)。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(shí)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(yè)周期長，使得綜合成本高，因此，該技術(shù)方法20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來后沒有得到進(jìn)一步發(fā)展與推廣應(yīng)用。

（2）機(jī)械封隔分段壓裂技術(shù)。機(jī)械封隔技術(shù)用于套管井，主要有機(jī)械橋塞與封隔器結(jié)合或雙封隔器單卡分壓或環(huán)空封隔器分段壓裂等技術(shù)，基本分為以下3種。（1）機(jī)械橋塞+封隔器分段壓裂。射開第一段，油管壓裂，機(jī)械橋塞座封封堵;再射開第二段，油管壓裂，機(jī)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(chǎn)。（2）環(huán)空封隔器分段壓裂。首先把封隔器下到設(shè)計(jì)位置，從油管內(nèi)加一定壓力坐封環(huán)空壓裂封隔器，從油套環(huán)空完成壓裂施工，解封時(shí)從油管加壓至一定壓力剪斷解封銷釘，同時(shí)打開洗井通道，洗井正常后起出壓裂管柱，重復(fù)作業(yè)過程，實(shí)現(xiàn)分射分壓。（3）雙封隔器單卡分壓?？梢砸淮涡陨溟_所有待改造層段，壓裂時(shí)利用導(dǎo)壓噴砂封隔器的節(jié)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(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，環(huán)空封隔器分段壓裂技術(shù)已成功地應(yīng)用于淺層油藏，相對成熟，在深井應(yīng)用中還需改進(jìn)與完善。雙封隔器單卡分段壓裂技術(shù)容易砂卡封隔器，造成井下事故，正進(jìn)一步攻關(guān)。

（3）限流壓裂技術(shù)。限流壓裂技術(shù)是在壓裂過程中，當(dāng)壓裂液高速通過射孔孔眼進(jìn)入儲層時(shí)會產(chǎn)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(dāng)井底壓力一旦超過多個(gè)壓裂層段的破裂壓力，即在每一個(gè)層段上壓開裂縫，它要求各個(gè)段破裂壓力基本接近，可用孔眼摩阻來調(diào)節(jié)。該技術(shù)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(shù)。水力噴射分段改造技術(shù)是90年代末發(fā)展起來的目前國外應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)，其技術(shù)原理是根據(jù)伯努利方程，將壓力能轉(zhuǎn)換為速度，油管流體加壓后經(jīng)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(huán)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(huán)空泵注的液體在壓差作用下進(jìn)入射流區(qū)，與噴嘴噴射出的液體一起被吸入地層，驅(qū)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(shí)，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(shí)現(xiàn)自動封隔。通過拖動管柱，將噴嘴放到下一個(gè)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(shù)可以在裸眼、篩管完井的水平井中進(jìn)行加砂壓裂，也可以在套管井上進(jìn)行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準(zhǔn)確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規(guī)油管相連接入井，也可以與大直徑連續(xù)油管（60.3mm）相結(jié)合，使施工更快捷，國內(nèi)外已有數(shù)百口井用此技術(shù)進(jìn)行過酸壓或加砂壓裂處理。

3.發(fā)展展望

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

（2）新型低傷害化學(xué)暫堵膠塞分段壓裂技術(shù)。在以往的技術(shù)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(jié)束后需沖開或鉆開膠塞與砂子，又導(dǎo)致上下儲層傷害。新型傷害化學(xué)膠塞應(yīng)采用低濃度成膠劑，成膠后強(qiáng)度高，封堵已壓層段不用填砂，成膠與破膠時(shí)間可控，壓后可徹底破膠水化，施工結(jié)束后無需沖砂或鉆塞等作業(yè)，直接排液求產(chǎn)，對地層傷害小。

（3）雙封隔器單卡分段壓裂技術(shù)。雙封隔器單卡分段壓裂技術(shù)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(qiáng)、節(jié)省時(shí)間的優(yōu)勢，但需攻關(guān)解決砂卡封隔器后解卡技術(shù)。

（4）多級封隔器分段壓裂技術(shù)。在雙封隔器分段壓裂成功的基礎(chǔ)上發(fā)展不動管柱的多級封隔器分段壓裂技術(shù)，它類似滑動套筒循環(huán)裝置，液壓座封可回收封隔器將每層封隔開，每個(gè)套筒內(nèi)裝有一個(gè)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(nèi)，將不同大小的低密度球送入油管，然后將球泵送到相應(yīng)的工具配套的球座內(nèi)，封堵要增產(chǎn)處理的產(chǎn)層，再通過打開套筒就可以對下一個(gè)產(chǎn)層進(jìn)行處理，最多可以對10個(gè)層進(jìn)行不動管柱的分壓處理。

4.結(jié)束語

水平井的分段壓裂工藝應(yīng)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(yīng)用都是較為重要的問題，針對此需要結(jié)合工藝具體內(nèi)容，開展工程實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1]張光波，劉春春，賈慧敏，etal.沁水盆地南部煤層氣水平井工藝技術(shù)優(yōu)化[J].中國煤層氣，2019（3）.

[2]林永茂，尹瑯，王興文，etal.川西致密砂巖氣藏水平井高效分段壓裂技術(shù)及應(yīng)用[J].廣東石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（4）.

[3]秦德威.煤層氣分段壓裂壓縮式裸眼封隔器技術(shù)與應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019（8）.

[4]楊彥柳.水平井采油工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019（6）.