水平井壓裂工藝技術現狀及展望

張永飛，閆鈺琦，李 璐

（1.延長油田股份有限公司勘探開發技術研究中心，陜西延安 716000；2.延長油田股份有限公司，陜西延安 716000）

為了提高石油開采產量，截止到目前經過了三四十年的試驗研究，實現了水平井裂壓增產，改變了我國水平井裂壓技術落后的局面。水平井裂壓技術的應用，將原來井下不能開采的石油儲量轉化成可開采儲量，同時，提高了對油氣藏的控制程度，大大提高了單井產量，為今后更多低滲透油氣的開發提供了寶貴經驗以及技術支持。經過多年的研究，雖然水平井產能預測、裂縫理論以及分段裂壓工藝都取得巨大的進步，但是綜合來講水平分段裂壓工藝在井下現場施工中配套技術還不夠完善，跟生產實際需求還存在一定的差距。尤其是在井下分斷層間的配套封隔器的密封性能、以及其他工具的可靠性方面目前還不能夠完全滿足實際生產諸多要求。

1 目前國內外水平井壓裂工藝技術現狀

1.1 機械封堵逐層壓裂的分段壓裂技術

機械封堵逐層壓裂的分段壓裂技術主要是利用封隔器，在封隔器的作用下對水平井段進行分層分段壓裂。在壓裂具體施工中會根據油層縱向分布的特點以及施工排量的需要，用封隔器把壓裂目的層封隔成不同的層段，然后依次逐層進行分段壓裂。水平井壓裂層段可以是獨立的，也可以是多個壓裂段共同組成，封隔層段就是為了可以實現不同層段的單獨裂壓，同時又可以保證生產需要時實現多層段的壓裂。在實際施工中當水平井某一層段出現目的層被兩個封隔器夾在中間，這種現象被稱為雙封隔器單卡分層壓裂。

當多個目的層被夾在兩個封隔器中間的時候，往往就要求配套限流法壓裂技術、堵球法等多種壓裂技術相結合進行壓裂施工。在實際水平井壓裂施工中如果層段數量較多，且個層段縱向間距比較大，使壓裂施工現場排量受限，那么就需要通過對封隔器分層段壓裂管柱進行限流、封堵炮眼法手段進行逐層壓裂施工。

1.2 水力噴砂分段壓裂技術

水力噴砂分段壓裂技術就是把水力壓裂技術跟水力噴砂射孔技術有效結合在一起，并在井下多層壓裂施工過程中能夠高效精準的進行定位，同時，不需要借助其他的機械密封裝置自帶隔離效果。

水力噴砂分段壓裂技術基本原理就是通過高速水射流射開套管，并與地層形成一定深度的噴孔，將壓力能有效轉化為動能。其具體施工流程：

（1）通過伯努利方程式：p+1/2ρv2+ρgh=C（其中v表示流速，p液體局部壓力，ρ液體密度，h高度，C常量），將壓力能轉化為動能；

（2）然后，充分利用水力噴射產生負壓達到有效隔離，這樣一來高速運轉的流體在巖石上面會形成孔洞，產生壓力勢能，從而實現裂縫的目的。因為水力噴砂分段壓裂技術自身具有隔離效果，在已經打開的層段不會發生自動延伸的情況，這樣就有效避免了封隔器以及橋塞等隔離工具的應用，最終實現井段壓裂改造目的。

1.3 水力噴砂射孔+環空加砂壓裂工藝（TDY）

水力噴射環空加砂多簇壓裂工藝技術采用雙噴射器進行兩簇射孔壓裂，上下噴射器間隔20m左右，噴射器采用四個6.3mm的噴孔，（如圖1）。壓裂作業時，首先座封底部封隔器，然后進行噴砂射孔，射孔完成后從油套環空進行加砂壓裂，油管進行補液，壓后放噴，之后上提管柱進行下一層段施工，重復上述步驟完成多段壓裂。水力噴射環空加砂多簇壓裂工藝在施工過程中安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、精準地壓開多條裂縫，施工簡便、快捷。

圖1 TDY工具示意圖

1.4 橋塞射孔聯作

泵送射孔-橋塞聯作技術是綜合了水力泵送、橋塞座封、多級分簇射孔等多項技術。通過一次下井，既可以實現座封橋塞，又可以實現多級分簇射孔，而且可以實現帶壓作業，如圖2。該工藝通過光套管壓裂，適合進行大排量、大規模施工。多簇射孔的應用可以更加容易形成復雜裂縫，提高儲層的改造效果。該工藝可實現全通徑、無極限施工，可保證套管完整性。連續油管工具集成了噴砂射孔器，采用噴砂射孔進行壓裂施工可作為防范措施，有效避免滑套無法打開狀況發生。

圖2 橋塞壓裂工藝示意圖

2 國內水平井分斷壓裂技術應用現狀分析

經過多年相關技術人員對水平井分斷壓裂技術的不斷研究，目前已經取得了一定的自主研發成果。比如：吳起采油廠、志丹采油廠、定邊采油廠等經過大量研究實驗，已經成熟運用雙封單壓、水力噴砂分壓、滑套分壓等多項技術，在此基礎上優化了多井段裂壓技術，形成了多套壓裂工藝以及均勻酸化技術，同時，在化學暫堵膠塞工藝實驗中取得了成功。經過大量的實驗和經驗的總結，中石油相關研究機構還研發了不動管柱噴砂分壓三段分壓工具，并且，在實際現場施工中取得了很好的應用效果。

國內經過對分段壓裂技術幾十年以來的實驗研究，已經取得了突破性的進展，推動了水平井壓裂技術在國內各個油田的應用，尤其是極大地提升國內低滲透油田的油氣產量，效果顯著。

3 水平井分段壓裂技術未來發展趨勢

面對越來越多非常規油氣資源開發難度的不斷加大，我國水平井分段壓裂技術未來發展應該注意以下幾方面：

1）針對裸眼封隔器配套分段壓力技術，今后研究重點應該在配套工具、工藝方面，不斷提高壓裂工藝效率。同時，根究不同施工現場需求定制不同規格的滑套，以有效降低壓裂施工工藝中事故發生頻率，確保施工安全，提高壓裂施工質量充分發揮其增產作用。

2）水平井分段壓裂最終目的就是提高石油產量，隨著壓裂層段數量的劇增，今后也將成為水平井分段壓裂技術研發的一個重要課題。分段壓裂段數越多證明對水平井儲層改造越成功，那么發現油氣藏的機會越大，增產量也越大。

3）要加強對壓裂縫網技術的研究。對于非常規油氣藏的增產改造需要充分引起重視，只有確保改造以后實現預期壓裂效果，才能達到預期壓裂增產的目標。通常水平井段通過壓裂技術產生裂縫效果有限，所以，今后要致力于對人工裂縫、地層天然裂縫技術的研究，使人工裂縫與地層天然裂縫有效結合在一起，形成裂縫網。

4 結束語

總之，面對今后更多的非常規油氣資源開發，僅依靠現有技術是遠遠不夠的，今后還需要對現有水平井壓裂分段技術進行創新研究，實現油氣開采的高效、低成本的可持續發展。