水平井壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)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(fā)技術(shù)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(chǎn)量，截止到目前經(jīng)過了三四十年的試驗研究，實現(xiàn)了水平井裂壓增產(chǎn)，改變了我國水平井裂壓技術(shù)落后的局面。水平井裂壓技術(shù)的應(yīng)用，將原來井下不能開采的石油儲量轉(zhuǎn)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(chǎn)量，為今后更多低滲透油氣的開發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗以及技術(shù)支持。經(jīng)過多年的研究，雖然水平井產(chǎn)能預(yù)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(xiàn)場施工中配套技術(shù)還不夠完善，跟生產(chǎn)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(chǎn)諸多要求。

1 目前國內(nèi)外水平井壓裂工藝技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 機械封堵逐層壓裂的分段壓裂技術(shù)

機械封堵逐層壓裂的分段壓裂技術(shù)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(jù)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(xiàn)不同層段的單獨裂壓，同時又可以保證生產(chǎn)需要時實現(xiàn)多層段的壓裂。在實際施工中當水平井某一層段出現(xiàn)目的層被兩個封隔器夾在中間，這種現(xiàn)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(shù)、堵球法等多種壓裂技術(shù)相結(jié)合進行壓裂施工。在實際水平井壓裂施工中如果層段數(shù)量較多，且個層段縱向間距比較大，使壓裂施工現(xiàn)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(shù)

水力噴砂分段壓裂技術(shù)就是把水力壓裂技術(shù)跟水力噴砂射孔技術(shù)有效結(jié)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(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為動能；

（2）然后，充分利用水力噴射產(chǎn)生負壓達到有效隔離，這樣一來高速運轉(zhuǎn)的流體在巖石上面會形成孔洞，產(chǎn)生壓力勢能，從而實現(xiàn)裂縫的目的。因為水力噴砂分段壓裂技術(shù)自身具有隔離效果，在已經(jīng)打開的層段不會發(fā)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(yīng)用，最終實現(xiàn)井段壓裂改造目的。

1.3 水力噴砂射孔+環(huán)空加砂壓裂工藝（TDY）

水力噴射環(huán)空加砂多簇壓裂工藝技術(shù)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(yè)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(huán)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(fù)上述步驟完成多段壓裂。水力噴射環(huán)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(lián)作

泵送射孔-橋塞聯(lián)作技術(shù)是綜合了水力泵送、橋塞座封、多級分簇射孔等多項技術(shù)。通過一次下井，既可以實現(xiàn)座封橋塞，又可以實現(xiàn)多級分簇射孔，而且可以實現(xiàn)帶壓作業(yè)，如圖2。該工藝通過光套管壓裂，適合進行大排量、大規(guī)模施工。多簇射孔的應(yīng)用可以更加容易形成復(fù)雜裂縫，提高儲層的改造效果。該工藝可實現(xiàn)全通徑、無極限施工，可保證套管完整性。連續(xù)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(fā)生。

圖2 橋塞壓裂工藝示意圖

2 國內(nèi)水平井分斷壓裂技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

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

國內(nèi)經(jīng)過對分段壓裂技術(shù)幾十年以來的實驗研究，已經(jīng)取得了突破性的進展，推動了水平井壓裂技術(shù)在國內(nèi)各個油田的應(yīng)用，尤其是極大地提升國內(nèi)低滲透油田的油氣產(chǎn)量，效果顯著。

3 水平井分段壓裂技術(shù)未來發(fā)展趨勢

面對越來越多非常規(guī)油氣資源開發(fā)難度的不斷加大，我國水平井分段壓裂技術(shù)未來發(fā)展應(yīng)該注意以下幾方面：

1）針對裸眼封隔器配套分段壓力技術(shù)，今后研究重點應(yīng)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(xiàn)場需求定制不同規(guī)格的滑套，以有效降低壓裂施工工藝中事故發(fā)生頻率，確保施工安全，提高壓裂施工質(zhì)量充分發(fā)揮其增產(chǎn)作用。

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

3）要加強對壓裂縫網(wǎng)技術(shù)的研究。對于非常規(guī)油氣藏的增產(chǎn)改造需要充分引起重視，只有確保改造以后實現(xiàn)預(yù)期壓裂效果，才能達到預(yù)期壓裂增產(chǎn)的目標。通常水平井段通過壓裂技術(shù)產(chǎn)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(shù)的研究，使人工裂縫與地層天然裂縫有效結(jié)合在一起，形成裂縫網(wǎng)。

4 結(jié)束語

總之，面對今后更多的非常規(guī)油氣資源開發(fā)，僅依靠現(xiàn)有技術(shù)是遠遠不夠的，今后還需要對現(xiàn)有水平井壓裂分段技術(shù)進行創(chuàng)新研究，實現(xiàn)油氣開采的高效、低成本的可持續(xù)發(fā)展。