水平井封隔器分段壓裂技術在油氣田的應用探究

路超，張根，陳楊

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下作業分公司，河北 滄州 062552）

0 引言

當前，水平井在油氣田中的應用已經很廣泛，可以有效提升開發綜合效益，但是受部分水平井低滲透低壓特點的影響，需要改造儲層，提升特殊水平井的開采質量。基于此，水平井封隔器分段壓裂技術開始得到發展和應用，可以推動全面增產的實現，對各種條件復雜的油氣田都有一定的適用性。

1 封隔器特點

我國的封隔器種類較多，如永久式、張力式、水力膨脹式等，基本都由密封、扶正、坐封、錨定、解封以及鎖緊六大部分組成，在實際應用過程中會受不同工藝要求影響，結構會有所差異，其結構的主要特點為：

（1）密封部分。在施加外力時，這部分會產生動作，形成封隔環形空間，將可以被流通的部分進行隔絕，屬于封隔器的關鍵結構，一般該部分的密封元件會呈現為圓筒狀，也就是封隔器中常被叫做膠筒的構件。

（2）扶正部分。該部分的主要作用就是將密封元件扶正，附加作用為初卡，通過扶正器和扶正彈簧的共同作用，在管柱轉動過程中，受扶正彈簧摩擦力的影響，封隔器殼體不會隨之而轉動，滿足工作要求。

（3）坐封部分。封隔器進入目的層后，坐封部分會推動椎體，讓卡瓦可以在套管內壁上進行緊密貼合，彈性密封元件施加壓力，使其產生壓縮效果，造成密封元件徑向變形效果。

（4）錨定部分。主要作用為支撐，主要由卡瓦和水力錨構成，可以在套管壁上形成支撐力，防止縱向移動對封隔器密封性能的影響，避免過早解封現象發生。

（5）解封部分。連通套管和油管之間的壓力，收回卡瓦，恢復密封元件原形。

（6）鎖緊部分。座封過后的隔離器受這部分的作用依舊可以保持坐封狀態[1]。

2 水平井分段壓裂技術應用意義

當前水平井在我國的定義為井斜角≥86°的井，正常情況下水平井都是由水平段、曲率段以及直井段三結構構成，其中油藏在水平段的滲流特點具有差異，導致在同一水平井水平段的不同部位上，其含水量會存在不同，就需要進行分段開采，利用封隔器分隔不同層段，在各層段和管柱之間建立起流體通道，由此形成的通道具有獨立性的同時還帶有連通性，可以有效提升收采率。對該技術的應用和發展是對水平井修井、酸化等已有技術的完善，也是對技術創新的重要推動力，其發展可以解決國外技術封鎖，建立起我國油氣田開采的技術體系。從大范圍的影響來看，該技術的發展和應用對我國綜合國力都有一定的提升效果，相關專家通過鑒定表明該技術的出現，讓我國在這方面的總體水平得到極大提升，已經可以達到國際先進水平；從小范圍的影響來看，可以有效提升油氣田產量，提升資源利用率，保證開采的安全性[2]。

3 在油氣田中水平井分段封隔器壓裂技術的應用分析

3.1 優化施工規劃

想要保證封隔器分段壓裂技術使用的有效性和合理性，油氣田的管理人員需要明確其和其他分段壓裂技術之間的差異性，明確其優勢所在，結合油氣田現狀將施工規劃進行優化調整，提升開采效果，當前在油氣田水平井中分段壓裂技術及其相應的優勢如下：

3.1.1 雙封單卡技術

該技術主要可以將其他層段和目的層進行封隔，封隔主要是憑借兩級封隔層，在封隔之后，選擇噴砂器壓裂地層，利用上提壓裂多層段。在實際施工過程中的應用優勢為，可以更加有針對性的進行壓裂操作，工作人員可以通過查看套管出液狀況分析封隔器的密封情況，然后結合壓裂目標選擇相應層段，一趟套管最多可以完成15段的壓裂，可以將開采施工成本進行最大限度的降低，并且該技術采用的管柱外徑小、結構簡單（主要由扶正器、封隔器、安全接頭、水力錨、扶正絲堵以及導壓噴砂器構成）、長度短，可以順利通過造斜段，具有良好的反洗性能，對壓裂效果和造縫質量起到顯著提升的作用。該技術安全高效、先進可靠，對于耐壓差80MPa、5?in套管完井、耐溫120℃的水平井都有良好的適應性[3]。

圖1 雙封單卡技術管柱示意圖

3.1.2 套管內封隔器滑套

該技術的應用流程為下入射孔槍，將位于趾端處的井段射開之后再將射孔槍提出來，以設計要求為依據，連接管柱再繼續下入，直至預定深度，在油管中進行注液和加壓工作，坐封多級封隔器，加大壓力等級打掉定壓滑套，利用這種形式將壓裂下部通道打開，第一段壓裂結束；第二段壓裂則是將底部通道用投球堵住，開放二段通道，后續層段以此類推，在壓裂工作結束之后及時進行沖砂、洗井工作，結合開采需求處理壓裂管柱。該技術也可以實現15段壓裂施工，較為安全可靠，施工效率也很理想，對油氣儲層的傷害不大，且可以有效降低施工強度和施工成本。適用于低滲透油田的水平井，耐壓級別和耐溫級別都很高。

3.1.3 裸眼封隔器滑套

該技術是石油行業近幾年新興起的分段壓力技術，已經逐漸在油氣田工程中得到推廣。在壓裂過程中利用裂縫的縱向溝通、橫向擴展能力實現分段壓裂，可以將單井產量進行提升。在實際使用過程中，主要依靠裸眼封隔器，下入管柱之后，壓差會座封封隔器，建立壓力遮擋，將卡封層進行壓裂，然后利用投球將連通通道打開，已壓裂的層段可以會被封堵，接著進行上返，實現多段壓裂水平段，保證水平段上的處理效果。該技術中的管柱的基本結構有裸眼封隔器、壓差滑套、投球滑套、水力錨、回接筒等。其優勢在于增產效果良好、綜合應用效益較為可觀，在致密油氣和頁巖氣藏的水平井中的應用效果顯著[4]。

圖2 裸眼封隔器滑套管柱示意圖

總之，在施工開采規劃中，需要以油氣田基本條件為基礎，做好水平井情況的分析工作，在明確各分段壓裂特點與適用情況的基礎上，再進行選擇，保證該技術應用的有效性。

3.2 設定施工參數

壓裂技術應用的主要目的就是更好的開采油氣田，保證產能和開采安全，需要管理人員處理好施工參數，保證壓裂效果，在該技術的實際應用過程中處理對產能影響較大的裂縫參數。相關研究表現，在油氣田水平井生產360天之內不同裂縫條數對其累計產量的影響存在顯著的不同，在條件相同的情況下，裂縫條數越多，水平井累計產量就越大，但是隨著其數量的增多，產量增加的幅度卻在不斷降低。這一現象的主要影響因素就是在增加裂縫條數的過程中，裂縫間距會縮小，對彼此的干擾程度會越來越大，導致裂縫總產量增加的同時單裂縫產量會降低，減少增長幅度，需要管理人員結合水平井長度選擇合適數量的裂縫。例如，針對600m長度的水平井最好選擇4條或者5條的裂縫。

此外，分裂水平井累計產量還會受裂縫長度的影響，隨著長度增加其產量也會增加，但是其和裂縫條數存在相同的問題，也就是增幅會縮小，管理人員可以利用信息化建模技術進行虛擬實驗，結合油氣田特征選擇合適的長度參數。例如，在600m長度的水平井中，可以選擇120到140的裂縫半長。在確定好裂縫長度和裂縫條數的基礎上，管理人員再結合水平井情況，選擇合適的裂縫導流能力，組合裂縫位置，提升壓裂技術的應用效果，實現最佳化的壓裂質量。

3.3 處理壓裂設備

壓裂設備和輔助壓裂技術使用的相關物品的選擇，是保證其技術應用效果的基礎，以多級封隔器工藝為例，需要管理人員選擇合適的壓裂液和支撐劑并構建好管柱系統。其中，選擇壓裂液的基本原則為耐溫性和環保性，即壓裂液需要有良好的攜砂能力且對儲層的污染程度較輕，可以采用實驗對比法進行選擇。在支撐劑的選擇上，需要結合主力氣層深度、壓力情況、密度等進行選擇，保證支撐劑符合技術要求，避免支撐劑在使用過程中出現析出現象，防止近井脫砂，產生砂堵現象，保證進行壓裂的成功性。

在工具設計上，由于部分水平井井下環境過于復雜，在工具使用上存在一定的風險，如投球之后可能會受到管內阻力的影響，導致在水平井水平段中不能精準到位，或是在位移途中將上級噴砂滑套進行誤開等，不能保證順利開啟滑套。壓裂管柱的摩阻過大，在下入水平段的過程中難度較大，受磨損影響，座封難以實現等，需要管理人員設計有針對性的工具，根據儲層特點優化工具設計和工藝流程。同時，管理人員也需要關注該技術的發展趨勢，包括構件研制、系統設計等各個方面，自覺學習先進的技術理論，不斷在油氣田工程中將其進行應用，優化分裂工藝。

3.4 層段施工設計

在實際進行層段分類施工上，管理人員需要結合層段情況，選擇合適注入方式，保證每段的壓力梯度、施工排量等數據的合理性。以川西油田XS21井JS21段為例，該技術在其中的應用取得了良好的效果，通過3段壓裂，加砂的總規模已經達到了120m2，應用成果顯著，其中，對2832～2835m第一段的設計方式為：30.33MPa的加砂壓裂壓力，結合實際情況計算壓力梯度數值為每100米2.4MPa，4.9±1m3／min的施工排量，施工泵注入壓力為77～92MPa，加入373m3的壓裂液、40±10目的陶粒，36.3MPa的地面停泵壓力，停泵時的壓力梯度設定為每100米2.69MPa。

對2595到2598米第二段的設計方式為：39MPa的加砂壓裂壓力，結合實際情況計算壓力梯度數值為每100米2.82MPa，4.1m3／min的施工排量，施工泵注入壓力為65～72MPa，加入241m3的壓裂液、40±10目的陶粒，34.7MPa的地面停泵壓力，停泵時的壓力梯度設定為每100米2.62MPa。對2402～2405m第三段的設計方式為：4.6m3／min的施工排量，施工泵注入壓力為65到81MPa，加入490.6m3的壓裂液、40±10目的陶粒，36.6MPa的地面停泵壓力，停泵時的壓力梯度設定為每100米2.7MPa，應用之后獲得良好的增產效果。

4 結論

綜上所述，想要在油氣田中有效應用水平井封隔器分段壓裂技術，需要先明確油氣田的基本情況，做好地質勘探等工作，在明確油氣田各儲層的基本情況之后再選擇合適的應用方案，保證應用效果，從而實現安全高效的油氣田開發，提升資源開采利用率，提升綜合效益。