水平井壓裂工藝淺析

徐睿

摘 要：水平井壓裂工藝目前廣泛應(yīng)用于油田開發(fā)中，它具有增大油層流通面積、提高單井產(chǎn)量的特。本文對水平井采油優(yōu)勢、水平井壓裂原理進(jìn)行了簡單介紹，并對幾種常用的水平井壓裂工藝及其發(fā)展趨勢進(jìn)行闡述，以供參考。

關(guān)鍵詞：水平井;壓裂工藝;優(yōu)勢;原理

1 水平井的優(yōu)勢及壓裂原理

1.1 水平井的優(yōu)勢

水平井主要用于碳酸鹽巖裂縫油藏、帶氣頂或底水的油藏、薄層油藏、低滲透油藏、稠油油藏和高含水人工注水油藏等的開發(fā)[1]。

其應(yīng)用需求主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：其一是通過貫穿天然裂縫帶，大幅度提高裂縫性地層油氣產(chǎn)量;其二是通過增加井眼與地層的接觸面積和穿過滲透性較好的地帶提高低孔較致密儲層油氣產(chǎn)能;其三是根據(jù)油氣水分布控制鉆井走向以減少水錐進(jìn)和氣錐進(jìn)從而提高單井油氣采收率;其四是提高勘探開發(fā)效率，對很多類型的油藏，水平井鉆井可大大降低鉆井平均密度。

水平井的造價(jià)雖然高于垂直井，但對非裂縫性油藏其產(chǎn)量大約是垂直井的3倍，對具有天然裂縫的油藏產(chǎn)量可達(dá)到垂直井的12倍[2]，對含水開采的油田，油氣采收率要比垂直井提高很多。

1.2 水平井壓裂原理

水平井壓裂相對于直井來說要更復(fù)雜一些，要綜合考慮巖石動力流、儲層流體力學(xué)及儲層壓裂前后性質(zhì)發(fā)生改變等因素。由于水平井井身軌跡的特殊性，壓裂過程中裂縫開裂方向由最小主應(yīng)力方向、井筒方向兩者間的相對關(guān)系來決定，兩者垂直時(shí)，產(chǎn)生縱向裂縫，兩者平行時(shí)，產(chǎn)生橫向裂縫，如果兩者既不垂直也不平行，則裂縫方向復(fù)雜。壓裂完成后，橫向裂縫由于和井筒接觸而產(chǎn)生壓降，會降低油井產(chǎn)量，但橫向裂縫數(shù)量較多，可增大產(chǎn)液的流通面積;而縱向裂縫對儲層具有無因次導(dǎo)流功能，可提高儲層產(chǎn)量。

2 目前常用水平井壓裂工藝

2.1 限流分段壓裂

限流分段壓裂技術(shù)是依據(jù)射孔節(jié)流的原理，通過限制不同井段的射孔數(shù)目，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)井段內(nèi)各層均有較高的凈壓力，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)壓開不同層段的目的層，由于該技術(shù)不采取套管內(nèi)的封隔措施，可大大降低工具在水平井段內(nèi)遇卡的風(fēng)險(xiǎn)，是比較經(jīng)濟(jì)、有效的分段壓裂措施，主要應(yīng)用于沒有進(jìn)行射孔的新井中[3]。

該工藝在實(shí)施過程中，由于橫向巖性分布復(fù)雜，使造縫部位針對性不強(qiáng);裂縫控制手段欠缺，易出現(xiàn)暴性水淹;缺乏有針對性的裂縫定量解釋方法。

2.2 雙封隔器分段上提壓裂

雙封隔器分段上提壓裂是利用封隔器及配套工具對目的層位強(qiáng)制分段，通過導(dǎo)壓噴砂器的節(jié)流壓差坐封壓裂分隔器，壓裂目的層后上提管柱重復(fù)上述操作，可實(shí)現(xiàn)一趟管柱完成多層段壓裂。該工藝具有可控性強(qiáng)和壓裂效果好的特點(diǎn)，目前在我國各大油田獲得廣泛應(yīng)用。實(shí)施過程中，布縫宜均勻，隔層厚在30m以上;射孔段宜控制在3-5m間，0°時(shí)不射孔。

2.3 裸眼分段壓裂技術(shù)

裸眼分段壓裂是將壓裂管柱連接到水平井分段壓裂管柱上，下到預(yù)定位置時(shí)泵加壓用低密度球坐封所有封隔器，繼續(xù)加壓至一定壓力，剪斷滑套內(nèi)的銷釘，內(nèi)滑套在壓力作用下下行至指定位置后鎖緊，然后通過外筒上的噴砂孔進(jìn)行壓裂施工。該技術(shù)是將完井管柱和壓裂管柱合并為一趟管柱一起下入，采用裸眼封隔器封隔水平段，實(shí)現(xiàn)水平井分段封隔壓裂作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)提高單井產(chǎn)量的目的，同時(shí)該工藝具有施工簡單、周期短、作業(yè)效率高等特點(diǎn)，目前在油氣田開發(fā)中得到很好的應(yīng)用。實(shí)施過程中注意根據(jù)裂縫長度分析其倒流能力，確定合理的砂比，減少壓裂液的浪費(fèi)。

2.4 水力噴射分段壓裂

水力噴射分段壓裂動量--沖量原理，水和固體顆粒兩項(xiàng)流高速噴射沖擊套管和巖石，形成射孔通道，是近年發(fā)展起來的壓裂工藝新技術(shù)，它將水力噴砂射孔和水力壓裂工藝合二為一，不用機(jī)械密封裝置就能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行多層定位壓裂。該工藝射成孔質(zhì)量高、孔眼大、孔徑深，對套管破壞性小，能實(shí)現(xiàn)射孔方向與最大主應(yīng)力方向一致，降低破裂壓力和裂縫延伸壓力，控制裂縫近井轉(zhuǎn)向、導(dǎo)引裂縫擴(kuò)展，提高壓裂成功率，目前各油田應(yīng)用廣泛。實(shí)施過程中根據(jù)不同工況合理確定噴射距離，一般在10-18mm范圍內(nèi)，以提高噴射效果;該工藝要求套管強(qiáng)度及完井方式必須滿足環(huán)空泵注的強(qiáng)度要求，否則作業(yè)時(shí)會出現(xiàn)安全隱患。

2.5 化學(xué)隔離分段壓裂

該技術(shù)主要用于套管，其基本做法是：①射開第一段，油管壓裂;②用液體膠塞和砂子隔離已壓裂井段;③射開第二段，通過油管壓裂該段，再用液體膠塞和砂子隔離;④采用這種辦法，依次壓開所需改造的井段;⑤施工結(jié)束后沖砂沖膠塞合層排液求產(chǎn)。液體膠塞和填砂分隔分段壓裂方法施工安全性高，但所使用的液體膠塞濃度高，對所隔離的層段傷害大，同時(shí)壓后排液之前要沖開膠塞和砂子，沖砂過程中對上下儲層均會造成傷害，而且施工工序繁雜，作業(yè)周期長，使得綜合成本高，因此，該技術(shù)20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來后沒有得到進(jìn)一步發(fā)展與推廣應(yīng)用[3]。

3 水平井壓裂工藝改進(jìn)與管理

3.1水平井壓裂技術(shù)的改進(jìn)

伴隨著油氣田資源開發(fā)規(guī)模逐漸加大，從目前面臨“三低”的油氣藏即將轉(zhuǎn)戰(zhàn)致密油氣田、頁巖氣等油氣田開發(fā)，難度逐漸增大，低滲透、超低滲透、致密油氣藏等非常規(guī)油氣藏開發(fā)面臨難題突顯，而制約超低滲、致密油氣田等經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)就是儲層改造技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)油氣藏縱橫剖面有效動用，提高單井產(chǎn)量。

3.2 水平井低傷害清潔壓裂液體系

隨著地層開發(fā)難度逐漸增大，地層越來越敏感，與此同時(shí)水平井壓裂技術(shù)日新月異，但是與之相配套的低傷害壓裂液體系未能及時(shí)跟進(jìn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)加強(qiáng)對水平井低傷害清潔壓裂液性能研究，配套完善的水平井壓裂液體系。

3.3 水平井段內(nèi)多裂縫壓裂技術(shù)

油氣田開發(fā)滲透率逐漸降低，增加改造體積充分動用儲層儲量，增大泄流面積，提高單井產(chǎn)量迫在眉睫。通過水平井段內(nèi)開始多裂縫可實(shí)現(xiàn)儲層整體的動用程度，實(shí)現(xiàn)水平井水平段體積化改造模式，從而提高水平井動用儲量。

3.4 連續(xù)油管水力噴射射孔環(huán)空壓裂技術(shù)

該技術(shù)可以部分解決可鉆式復(fù)合橋塞分段壓裂技術(shù)出現(xiàn)的不足之處，作為其補(bǔ)充，與其配合使用。連續(xù)油管水力噴射射孔環(huán)空壓裂技術(shù)已經(jīng)在各大氣田得到了廣泛的應(yīng)用，取得較好效果。

3.5 加強(qiáng)壓裂技術(shù)專項(xiàng)管理

各油田工程及科研單位分工協(xié)作，開展應(yīng)用基礎(chǔ)、工藝方法、壓裂監(jiān)測與診斷及新材料方面研究的同時(shí)加快壓裂工具的研制;在總部層面設(shè)立可持續(xù)的重大先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)，安排專門力量負(fù)責(zé)先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)與國產(chǎn)化，分工明確、突出重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)引進(jìn)、自主、集成創(chuàng)新相結(jié)合，逐漸形成工業(yè)化配套能力，使我國壓裂技術(shù)提升至新水平[4]。

4 結(jié)束語

①水平井水平井段分段壓裂改造是獲得較好效果的前提，其工藝技術(shù)難點(diǎn)在于分段壓裂工藝方式選擇和井下封堵工具;②目前水平井分段壓裂工藝技術(shù)方法主要有化學(xué)方法、機(jī)械方法和水力噴射等方法，比較而言，水力噴射方法可以實(shí)現(xiàn)自動封堵，施工風(fēng)險(xiǎn)小，可用于裸眼、篩管與套管等完井方式，一趟管柱可進(jìn)行多段壓裂，縮短施工周期，有利于降低儲層傷害，在國外的水平井分段壓裂中得到廣泛的應(yīng)用，其他分段壓裂技術(shù)和工具均各有優(yōu)缺點(diǎn)，需進(jìn)一步改進(jìn)與完善;③進(jìn)一步開展水平井分段壓裂改造工藝技術(shù)適應(yīng)性研究，完善水平井分段壓裂工藝。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳海龍，李曉平，李其正.水平井段最優(yōu)長度的確定方法研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25（1）：47-48.

[3]陳作.水平井分段壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].天然氣工業(yè)，2007，27（9）：78-80.

[4]曾凡輝，郭建春，茍波，等.水平井壓裂工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，（06）：294-298.