水平井分段壓裂技術的研究與展望

姜振波

引言：水平井分段壓裂改造技術是目前國際上的先進技術，代表著采油、采氣工藝技術的發展方向。所謂分段壓裂技術，就是在井筒內沿看水平井眼的方向，根據油藏物性和儲層特征，在儲層物性較好的幾個或更多水平段上，采用一定的技術措施嚴格控制射孔孔眼的數蚤、孔徑和射孔相位，通過一次壓裂施工同時壓開幾個或更多水平段油層的技術，這是一套有效改造低滲透油氣藏的水平井技術。

一、水平井壓裂技術的現狀

水平井分段壓裂工藝技術已在中國石油塔里木、遼河、長慶等多個油田進行了應用，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在中國石油自主研發并生產成功。大力發展水平井技術是高效開發復雜油氣藏特別是低滲透、稠油和裂縫性氣藏的重要舉措。我國頁巖氣資源前景廣闊，包括海相頁巖分布區和陸相頁巖分布。水平井分段壓裂改造等技術是爪點突破。未來頁宕氣的開發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提高單井產量、靠長水平段水平井延長油氣井生產周期的開發模式，最終實現頁巖氣的效益開發。

二、國內水平井分段壓裂技術的分類

（l）化學隔離技術

化學隔離技術通過油竹壓裂，用液體膠塞和砂子隔離己壓裂井段。施工安全性高，但是儲層會造成傷害，而且施工工序繁雜，作業周期長，使得綜合成木高。

（2）機械封隔分段壓裂技術

機械封隔分段壓裂技術包括：機械橋塞+封隔器分段壓裂；環空封隔器分段壓裂：雙封隔器單卡分壓。

（3）限流壓裂技術

壓裂時通過低密度射孔、大排最供液，形成足夠的炮眼磨阻，實現一次壓裂對最多5個破裂壓力相近的油層進行改造。適用于油層多、隔層小、滲透率低、可以定點低密度射孔的油水井完井壓裂。

（4）水力噴砂壓裂技術

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。水力噴砂壓裂技術不用封隔器一與橋塞等隔離工具實現自動封隔。通過拖動竹柱，將噴嘴放到下一個需要改造的層段，可依次壓開所需改造井段。水力噴射壓裂技術可以在裸眼、篩管完井的水平井，進行加砂壓裂，也可以在套管井上進行，施工安全性高，可以用趟管柱在水平井中快速、準確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規油管相連接入并。施工更快捷，國內外己有數百口井用此技術進行過酸壓或加砂壓裂處理。

國內學者在以下幾個方面做了研究：

1、分析了水平井段分段地應力分布特征的基拙上，提出了優化分不允壓裂限流射孔的方法；研發的小井眼專用水平井壓裂工其，實現了水平井段機械封隔分段壓裂；同時利用全三維壓裂設計軟件對壓裂施工程序進行了優化，篩選出適合水平井壓裂改造的工作液體系。

2、對水平井埋藏深、籠統全相位射開井段長、原油私度高、水平井筒與油藏最大地應力方向不完全平行的特點。通過儲層地質精細劃分、壓裂水平井裂縫參數優選、投球分段壓裂和施工壓力預測等技術，形成了適合水平井長射孔段的低成本綜合優化設計方法和分段壓裂技術，獲得了良好的增產效果。

3、水平井分段壓裂產能影響因素研究，建立了油藏與裂縫的物理模型和數學模型，并對其進行了差分求解、編程。分析了裂縫長度、數量、間距和不均勻分布等因素對產能的影響。

4、為了能更有效地利用水平井裸眼完井壓裂技術開發蘇里格低滲透氣田設計了開啟閥式裸眼封隔器。

5、水平井機械隔離分段壓裂技術進行了研究，并在吐哈油田牛平17一14井水平段進行了試驗，采用封隔器+機械橋塞隔離井筒方式，時三段水平段逐段進行了壓裂改迭，現場施工均一次成功，并見到良好應用效果。

6、針對已大段射孔、無法下井下工其的水平井，提出了水平井投球分段壓裂技術。

7、提出一種新型水平井不動管柱封隔器分段壓裂工藝技術.利用ABAOUS有限元分析軟件對工藝管柱進行力學分析。

三、水平井分段壓裂技術的研究與發展方向

常規水平井壓裂技術方面，哈里伯頓連續油憐水力噴砂環空加砂壓裂技術指標：溫度150℃；深度3000米：油管直徑6o.3mm；施工層數43層。在國內中石油西南油田技術指標：油管直徑So.smm；深度1105m：施工層數3層，石化在該技術方面處在試驗階段。

連續管壓裂技術（14-17）是國外90年代以來發展最快的技術。連續油管（或環空）壓裂是一種新的安全、經濟、高效的油田服務技術。壓裂層位址人深度約1萬英尺。該技術特別適合只有多個薄油、氣層井進行逐層壓裂作業。該技術優點{1）起下壓裂管住快，從而大大縮短作業的時間；（2）可以.單井作業，成木低；（3）能在欠平衡條件下作業，從而減輕或避免油氣層的傷害；（4）能使每個小層都得到壓裂改造，整口井的增產效果好。

連續油管分層壓裂技術有連續油管注入分層壓裂技術和連續油管環空注入分層壓裂技術。從90年代后期開始在油、氣田上得到應用，連續油管壓裂作業已經在加拿大應用多年；現在美國的幾個地區，主要是科羅拉多、德克薩斯、亞拉巴馬和弗吉尼亞，也已進行連續油管壓裂作業；在英國的英格蘭和愛爾蘭也已經實施了連續油管壓裂作業。連續油管壓裂作業是在陸上的油、氣井中實施的?，F場實施證實了連續油管帶封隔器環空分段壓裂技術的先進性和有效性。該技術通過連續油管帶噴射工具和定位器進行定點噴砂射孔實現了薄層精細壓裂；通過噴射工具下的封隔器進行坐封后套管主壓裂實現了較大排量注入；通過上提下放坐封解封的封隔器實現了多級壓裂。

四、總結

總體來說，水平井分段壓裂技術目前還存在著需要改進的空間，現場試驗應用也出現了一些技術問題，現場應用經驗較少。特別在水平井分段壓裂工藝和井下工具等方面，與我國實際生產需求還存在較大的差距。我們要從水力裂縫優化設計、分段壓裂工藝技術、分段壓裂工具、壓裂材料、水力裂縫動態監測等方，結合我國實際情況進行高新高能材料和精工制造方面的科技攻關，努力提升水平井分段壓裂技術水平。

（作者單位：中國石油長城鉆探工程有限公司壓裂公司）