關于水平井壓裂工藝技術現狀及展望

＊鄒立萍 鄒昌柏

（1.延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術研究中心 陜西 716000 2.延長油田股份有限公司志丹采油廠 陜西 717500）

為最大限度開發(fā)并利用水平井中存儲的滲透度相對較低的油氣藏，壓裂往往是首選方式。就目前來看，水平井壓裂可分為兩類，即限流壓裂與分段壓裂。為保證壓裂效果，實現預期的開采與利用目標，應在掌握技術現狀的基礎上，為將來的技術發(fā)展確定正確的方向。

1.限流分段壓裂

屬于完井壓裂范疇，適用于還沒有射孔的井。通過對射孔炮眼數量及直徑有效限制，采用較大注入排量進行施工，并使用先行完成壓裂的炮眼做好限流，促使井底的實際壓力得以顯著提升，保證壓裂液的正常分流，把全部的裂縫都順利壓開。

無論是水平井還是直井，他們的壓裂基本原理均一致，然而，都有其各自特性：

（1）施工控制井段相對較長，有很大的規(guī)模，井段為固液兩相的變質量流，在長層段當中有一定沿程流體磨阻，不同于直井，對孔眼限流磨阻進行計算時不可只考慮破裂壓力。當確定具體施工排量時，還要考慮水平井筒存在的磨阻，這是一項很重要的限制性因素。

（2）由攜砂液造成的炮眼侵蝕將對裂縫形態(tài)和流量分配造成很大影響。對垂直井而言，射孔侵蝕并不會對流體分布造成太大的影響，而對水平井而言，會對流體具體分布狀況造成一定影響。通常而言，攜砂液限與處在根部的孔眼發(fā)生接觸，可見，該處孔眼受到的影響將比趾部的孔眼大很 多[1]。

（3）對于水平井和垂直井，兩者區(qū)別為壓裂液存在徑向流區(qū)，使近井裂縫變得比較復雜，這樣會導致磨阻明顯變大，導致濃度較高的砂漿有較大的流動風險。

該工藝技術主要在于無需下入工具，操作簡單，周期較短，通過一次施工可將很多條裂縫成功壓開，對油層的保護十分有利。但也存在一些缺點，包括孔眼的回壓會受到一定影響，導致對單個裂縫實施的控制變得很難。除此之外，由于施工能力等因素的影響及限制，若水平井筒的長度很大而且裂縫數量較多，則改造強度將受到很大的影響。

2.化學隔離分段壓裂

這項具體技術大部分在套管井情況下使用，可從本質上處理套管產生變形后導致的封隔器難以正常施工等常見問題。因工序較為繁瑣，且作業(yè)周期很長，所以這項技術并未得到普及與發(fā)展。然而，在不同技術方法都得到快速進步與發(fā)展時，出現了一個新型的技術措施，也就是自破膠液體膠塞水平井分段壓裂。這項技術是指先在射孔中下入壓力管柱，直至到達最端部地層，然后采用水力噴射的方法開始射孔壓裂，之后注入自破膠液體；完成膠塞后，對壓力管柱進行上提，使其到達第二層，采用一致的方法來射孔壓裂；采用該方法持續(xù)循環(huán)，到整個地層都被壓開為止。這項技術關鍵特性為使用膠塞時會承受一定壓差的影響，表現出出色的抵抗溫度作用的能力，可對成膠時間進行調整，而且可能實現自動破膠，限制破膠具體時間，也不會出現太多的殘渣，基本不會造成傷害，在實現壓裂目標基礎上達到預期封堵目標與良好的分段壓裂效果[2]。

3.雙封隔器上提多段壓裂

該技術的應用能一次性壓開所有需要改造的層段。在壓裂過程中，先借助壓裂管柱實施最端部地層有效坐封，借助采用解封上提的方法實施二次坐封，可見，只一趟管柱就能對每個層段實施壓裂，具有良好的可控性與目的性，而且隔離與壓裂的實際效果都十分顯著。

然而，這項技術還有很多需要解決的各類問題，包括需要拖住管柱較長的時間，使施工周期被大幅延長；借助封隔器實施反復多次的坐封，容易使密封膠筒被破壞，對此要重新放入管柱，但這樣無疑會增加實際的工作量，而且還要提升相應的成本；另外，作業(yè)中經常出現砂卡，使解封變得很困難，導致井下事故的發(fā)生[3]。

4.環(huán)空封隔器分段壓裂

按照設計要求部位將封隔器可靠下入，之后在油管內施壓完成坐封，確保壓裂可以在油套環(huán)范圍完成。解封途中，為油管加一定的壓力，剪斷解封時用到的銷釘，然后打開整個洗井通道，在洗井結束后使壓裂管柱被順利提出即可。對以上作業(yè)過程進行重復，即可完成分射分壓[4]。

該技術的主要優(yōu)點為下井工具相對較少，如果產生砂卡，則處理難度也比其它技術方法低很多；另外，液體磨阻也很小，能為施工排量的提高及施工壓力的降低奠定良好基礎。

5.水力噴射加砂分段壓裂

該技術將隔離、射孔和壓裂充分結合到儀器，利用專門的噴射工具從套管以及巖石內穿過，得到孔眼，然后采用射流的方法使通道壓力升高，再于環(huán)空內通過流體的泵入使環(huán)空壓力得以增大，通過壓力的疊加使地層被完全壓開。這項技術的基本原理將伯努利方程為依據，在噴射工具作用下使流體產生動能，以較高的速度通過沖擊形成通道；在裂縫產生以后，速度較高的流動物質將被輸送到裂隙與孔道內，孔道如同射流泵，受到射流持續(xù)作用，流動物質將持續(xù)不斷的被輸入地層，促使裂縫發(fā)生延伸，起到防止超壓的作用。以上過程實際上是一個將水動力學作用作為核心的水力封隔，無需采用其它方式。將管柱開始拖動以后，把噴嘴放到下個要實施改造的部位，能將所有需進行改造的井段依次壓開[5]。

該技術的優(yōu)勢包括：（1）無需采用機具就能進行自動隔離，無論是裸眼還是套管完井，都能采用這項技術措施；（2）一次管柱就能完成對多個層段的壓裂，除了周期很短，而且還能減小對其它層造成的傷害及影響；（3）可以使噴射壓裂實現定向，保證造縫的準確性；（4）通過噴射壓裂能減小地層的破裂壓力，將破裂壓力相對較高的地層順利壓開，保證壓裂施工質量；（5）通過對該工藝方法的應用能有效減少壓井的次數，并減小對儲層造成的傷害，程序簡單可行，可帶來更大的經濟效益；（6）有著很高的安全性，用一趟管柱即可在水平井內進行準確且快速的壓縫，另外采用水力噴射工具能和常規(guī)油管連接后入井，亦可和直徑較大的連續(xù)油管聯合使用，提高施工的便捷性[6]。

6.發(fā)展趨勢

二十世紀八十年代國外就在油氣層改造方面引入了連續(xù)油管，同時出現了許多新型配套技術。本質上講，連續(xù)油管壓裂不僅安全經濟，而且高效，適用于氣層井等逐層壓裂以及水平井的分段壓裂，具有管柱下入速度較快、操作簡單和能大幅縮短作業(yè)周期等優(yōu)勢。就當前局勢看，國外已經實施了很多次基于該技術的噴射壓裂，尤其是采用注入的方法來壓裂環(huán)空，其進步十分明顯，然而，在我國，還未能開展有規(guī)模的試驗，在環(huán)空注入壓裂方面依然停留于起步的階段，還需要不斷的研究和試驗，并提供配套的工具及基礎設施。伴隨井下工具與不同配套技術不斷發(fā)展，這項技術必定成為可在不同壓裂方式中使用的特殊且新穎的壓裂技術[7]。

考慮到水平井壓裂往往需要很長的周期，所有壓裂液可能對地層造成的傷害應達到盡可能的減小，最好做到無任何傷害?，F在我國壓裂液體系都在向最小化的地層傷害方向發(fā)展，同時致力于提高抗溫和抗驗性能，盡管清潔壓裂液不會造成太大傷害，但成本高昂，無法適應油層的實際溫度，即不能在120℃以上的高溫條件下使用。為了滿足減小傷害這一要求，對壓裂液而言，應不斷加強張力技術、濾餅技術、助排技術等的研究，以此研發(fā)出成本較低且抗溫性能良好的新型壓裂液。近幾年，國外對支撐劑及其回流控制技術進行的研究不斷深入，使支撐劑自身適應能力與性能指標均得到了很大的提升。正開展密度更低的支撐劑、纖維和熱塑膜覆蓋等新技術的研發(fā)[8]。

7.結語

水平井的開發(fā)通過了十余年的技術攻關，獲得了很多新成果，采用合理可行的增產措施是實現長時間高效開發(fā)目標的有效手段，因此建議在今后的工作中仍需要不斷加強對壓裂工藝技術的分析和研究，提出以下意見：

（1）根據壓裂后形態(tài)及生產時裂縫內油氣滲流作用機理，建立完善模型實現預測及計算，為將來的進一步優(yōu)化奠定良好基礎，提供科學依據。

（2）現在常用壓裂設計軟件都不能完全滿足水平井壓裂基本要求，雖然大部分軟件都能對裂縫實施設計，但對產量預測進行的分析遠遠不足，若沒有充分考慮裂縫之間的干擾、間距及位置可能對產量造成的影響，則必須開發(fā)出滿足水平井壓裂要求的專用軟件。

（3）對于水平井的分段壓裂，其主要難點為工藝方法類型的選擇與封堵工具，因此，應通過進一步的研發(fā)及應用實現高效實用性。