關(guān)于水平井壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)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(shù)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(xiàn)預(yù)期的開采與利用目標(biāo)，應(yīng)在掌握技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，為將來的技術(shù)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(shù)量及直徑有效限制，采用較大注入排量進(jìn)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(zhì)量流，在長層段當(dāng)中有一定沿程流體磨阻，不同于直井，對孔眼限流磨阻進(jìn)行計算時不可只考慮破裂壓力。當(dāng)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(fù)雜，這樣會導(dǎo)致磨阻明顯變大，導(dǎo)致濃度較高的砂漿有較大的流動風(fēng)險。

該工藝技術(shù)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(hù)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(dǎo)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(shù)量較多，則改造強(qiáng)度將受到很大的影響。

2.化學(xué)隔離分段壓裂

這項具體技術(shù)大部分在套管井情況下使用，可從本質(zhì)上處理套管產(chǎn)生變形后導(dǎo)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(shù)并未得到普及與發(fā)展。然而，在不同技術(shù)方法都得到快速進(jìn)步與發(fā)展時，出現(xiàn)了一個新型的技術(shù)措施，也就是自破膠液體膠塞水平井分段壓裂。這項技術(shù)是指先在射孔中下入壓力管柱，直至到達(dá)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(jìn)行上提，使其到達(dá)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(shù)關(guān)鍵特性為使用膠塞時會承受一定壓差的影響，表現(xiàn)出出色的抵抗溫度作用的能力，可對成膠時間進(jìn)行調(diào)整，而且可能實現(xiàn)自動破膠，限制破膠具體時間，也不會出現(xiàn)太多的殘渣，基本不會造成傷害，在實現(xiàn)壓裂目標(biāo)基礎(chǔ)上達(dá)到預(yù)期封堵目標(biāo)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(shù)的應(yīng)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(shù)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(fù)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(yīng)的成本；另外，作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)砂卡，使解封變得很困難，導(dǎo)致井下事故的發(fā)生[3]。

4.環(huán)空封隔器分段壓裂

按照設(shè)計要求部位將封隔器可靠下入，之后在油管內(nèi)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(jié)束后使壓裂管柱被順利提出即可。對以上作業(yè)過程進(jìn)行重復(fù)，即可完成分射分壓[4]。

該技術(shù)的主要優(yōu)點為下井工具相對較少，如果產(chǎn)生砂卡，則處理難度也比其它技術(shù)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(chǔ)。

5.水力噴射加砂分段壓裂

該技術(shù)將隔離、射孔和壓裂充分結(jié)合到儀器，利用專門的噴射工具從套管以及巖石內(nèi)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(nèi)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(shù)的基本原理將伯努利方程為依據(jù)，在噴射工具作用下使流體產(chǎn)生動能，以較高的速度通過沖擊形成通道；在裂縫產(chǎn)生以后，速度較高的流動物質(zhì)將被輸送到裂隙與孔道內(nèi)，孔道如同射流泵，受到射流持續(xù)作用，流動物質(zhì)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(xué)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(jìn)行改造的井段依次壓開[5]。

該技術(shù)的優(yōu)勢包括：（1）無需采用機(jī)具就能進(jìn)行自動隔離，無論是裸眼還是套管完井，都能采用這項技術(shù)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(xiàn)定向，保證造縫的準(zhǔn)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(zhì)量；（5）通過對該工藝方法的應(yīng)用能有效減少壓井的次數(shù)，并減小對儲層造成的傷害，程序簡單可行，可帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益；（6）有著很高的安全性，用一趟管柱即可在水平井內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)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(lián)合使用，提高施工的便捷性[6]。

6.發(fā)展趨勢

二十世紀(jì)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(xiàn)了許多新型配套技術(shù)。本質(zhì)上講，連續(xù)油管壓裂不僅安全經(jīng)濟(jì)，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(dāng)前局勢看，國外已經(jīng)實施了很多次基于該技術(shù)的噴射壓裂，尤其是采用注入的方法來壓裂環(huán)空，其進(jìn)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(chǔ)設(shè)施。伴隨井下工具與不同配套技術(shù)不斷發(fā)展，這項技術(shù)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(shù)[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(yīng)達(dá)到盡可能的減小，最好做到無任何傷害。現(xiàn)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(yīng)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(yīng)不斷加強(qiáng)張力技術(shù)、濾餅技術(shù)、助排技術(shù)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(shù)進(jìn)行的研究不斷深入，使支撐劑自身適應(yīng)能力與性能指標(biāo)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(shù)的研發(fā)[8]。

7.結(jié)語

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

（1）根據(jù)壓裂后形態(tài)及生產(chǎn)時裂縫內(nèi)油氣滲流作用機(jī)理，建立完善模型實現(xiàn)預(yù)測及計算，為將來的進(jìn)一步優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)，提供科學(xué)依據(jù)。

（2）現(xiàn)在常用壓裂設(shè)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(shè)計，但對產(chǎn)量預(yù)測進(jìn)行的分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎn)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(yīng)通過進(jìn)一步的研發(fā)及應(yīng)用實現(xiàn)高效實用性。