关于水平井压裂工艺技术现状及展望

＊邹立萍 邹昌柏

（1.延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心 陕西 716000 2.延长油田股份有限公司志丹采油厂 陕西 717500）

为最大限度开发并利用水平井中存储的渗透度相对较低的油气藏，压裂往往是首选方式。就目前来看，水平井压裂可分为两类，即限流压裂与分段压裂。为保证压裂效果，实现预期的开采与利用目标，应在掌握技术现状的基础上，为将来的技术发展确定正确的方向。

1.限流分段压裂

属于完井压裂范畴，适用于还没有射孔的井。通过对射孔炮眼数量及直径有效限制，采用较大注入排量进行施工，并使用先行完成压裂的炮眼做好限流，促使井底的实际压力得以显著提升，保证压裂液的正常分流，把全部的裂缝都顺利压开。

无论是水平井还是直井，他们的压裂基本原理均一致，然而，都有其各自特性：

（1）施工控制井段相对较长，有很大的规模，井段为固液两相的变质量流，在长层段当中有一定沿程流体磨阻，不同于直井，对孔眼限流磨阻进行计算时不可只考虑破裂压力。当确定具体施工排量时，还要考虑水平井筒存在的磨阻，这是一项很重要的限制性因素。

（2）由携砂液造成的炮眼侵蚀将对裂缝形态和流量分配造成很大影响。对垂直井而言，射孔侵蚀并不会对流体分布造成太大的影响，而对水平井而言，会对流体具体分布状况造成一定影响。通常而言，携砂液限与处在根部的孔眼发生接触，可见，该处孔眼受到的影响将比趾部的孔眼大很 多[1]。

（3）对于水平井和垂直井，两者区别为压裂液存在径向流区，使近井裂缝变得比较复杂，这样会导致磨阻明显变大，导致浓度较高的砂浆有较大的流动风险。

该工艺技术主要在于无需下入工具，操作简单，周期较短，通过一次施工可将很多条裂缝成功压开，对油层的保护十分有利。但也存在一些缺点，包括孔眼的回压会受到一定影响，导致对单个裂缝实施的控制变得很难。除此之外，由于施工能力等因素的影响及限制，若水平井筒的长度很大而且裂缝数量较多，则改造强度将受到很大的影响。

2.化学隔离分段压裂

这项具体技术大部分在套管井情况下使用，可从本质上处理套管产生变形后导致的封隔器难以正常施工等常见问题。因工序较为繁琐，且作业周期很长，所以这项技术并未得到普及与发展。然而，在不同技术方法都得到快速进步与发展时，出现了一个新型的技术措施，也就是自破胶液体胶塞水平井分段压裂。这项技术是指先在射孔中下入压力管柱，直至到达最端部地层，然后采用水力喷射的方法开始射孔压裂，之后注入自破胶液体；完成胶塞后，对压力管柱进行上提，使其到达第二层，采用一致的方法来射孔压裂；采用该方法持续循环，到整个地层都被压开为止。这项技术关键特性为使用胶塞时会承受一定压差的影响，表现出出色的抵抗温度作用的能力，可对成胶时间进行调整，而且可能实现自动破胶，限制破胶具体时间，也不会出现太多的残渣，基本不会造成伤害，在实现压裂目标基础上达到预期封堵目标与良好的分段压裂效果[2]。

3.双封隔器上提多段压裂

该技术的应用能一次性压开所有需要改造的层段。在压裂过程中，先借助压裂管柱实施最端部地层有效坐封，借助采用解封上提的方法实施二次坐封，可见，只一趟管柱就能对每个层段实施压裂，具有良好的可控性与目的性，而且隔离与压裂的实际效果都十分显著。

然而，这项技术还有很多需要解决的各类问题，包括需要拖住管柱较长的时间，使施工周期被大幅延长；借助封隔器实施反复多次的坐封，容易使密封胶筒被破坏，对此要重新放入管柱，但这样无疑会增加实际的工作量，而且还要提升相应的成本；另外，作业中经常出现砂卡，使解封变得很困难，导致井下事故的发生[3]。

4.环空封隔器分段压裂

按照设计要求部位将封隔器可靠下入，之后在油管内施压完成坐封，确保压裂可以在油套环范围完成。解封途中，为油管加一定的压力，剪断解封时用到的销钉，然后打开整个洗井通道，在洗井结束后使压裂管柱被顺利提出即可。对以上作业过程进行重复，即可完成分射分压[4]。

该技术的主要优点为下井工具相对较少，如果产生砂卡，则处理难度也比其它技术方法低很多；另外，液体磨阻也很小，能为施工排量的提高及施工压力的降低奠定良好基础。

5.水力喷射加砂分段压裂

该技术将隔离、射孔和压裂充分结合到仪器，利用专门的喷射工具从套管以及岩石内穿过，得到孔眼，然后采用射流的方法使通道压力升高，再于环空内通过流体的泵入使环空压力得以增大，通过压力的叠加使地层被完全压开。这项技术的基本原理将伯努利方程为依据，在喷射工具作用下使流体产生动能，以较高的速度通过冲击形成通道；在裂缝产生以后，速度较高的流动物质将被输送到裂隙与孔道内，孔道如同射流泵，受到射流持续作用，流动物质将持续不断的被输入地层，促使裂缝发生延伸，起到防止超压的作用。以上过程实际上是一个将水动力学作用作为核心的水力封隔，无需采用其它方式。将管柱开始拖动以后，把喷嘴放到下个要实施改造的部位，能将所有需进行改造的井段依次压开[5]。

该技术的优势包括：（1）无需采用机具就能进行自动隔离，无论是裸眼还是套管完井，都能采用这项技术措施；（2）一次管柱就能完成对多个层段的压裂，除了周期很短，而且还能减小对其它层造成的伤害及影响；（3）可以使喷射压裂实现定向，保证造缝的准确性；（4）通过喷射压裂能减小地层的破裂压力，将破裂压力相对较高的地层顺利压开，保证压裂施工质量；（5）通过对该工艺方法的应用能有效减少压井的次数，并减小对储层造成的伤害，程序简单可行，可带来更大的经济效益；（6）有着很高的安全性，用一趟管柱即可在水平井内进行准确且快速的压缝，另外采用水力喷射工具能和常规油管连接后入井，亦可和直径较大的连续油管联合使用，提高施工的便捷性[6]。

6.发展趋势

二十世纪八十年代国外就在油气层改造方面引入了连续油管，同时出现了许多新型配套技术。本质上讲，连续油管压裂不仅安全经济，而且高效，适用于气层井等逐层压裂以及水平井的分段压裂，具有管柱下入速度较快、操作简单和能大幅缩短作业周期等优势。就当前局势看，国外已经实施了很多次基于该技术的喷射压裂，尤其是采用注入的方法来压裂环空，其进步十分明显，然而，在我国，还未能开展有规模的试验，在环空注入压裂方面依然停留于起步的阶段，还需要不断的研究和试验，并提供配套的工具及基础设施。伴随井下工具与不同配套技术不断发展，这项技术必定成为可在不同压裂方式中使用的特殊且新颖的压裂技术[7]。

考虑到水平井压裂往往需要很长的周期，所有压裂液可能对地层造成的伤害应达到尽可能的减小，最好做到无任何伤害。现在我国压裂液体系都在向最小化的地层伤害方向发展，同时致力于提高抗温和抗验性能，尽管清洁压裂液不会造成太大伤害，但成本高昂，无法适应油层的实际温度，即不能在120℃以上的高温条件下使用。为了满足减小伤害这一要求，对压裂液而言，应不断加强张力技术、滤饼技术、助排技术等的研究，以此研发出成本较低且抗温性能良好的新型压裂液。近几年，国外对支撑剂及其回流控制技术进行的研究不断深入，使支撑剂自身适应能力与性能指标均得到了很大的提升。正开展密度更低的支撑剂、纤维和热塑膜覆盖等新技术的研发[8]。

7.结语

水平井的开发通过了十余年的技术攻关，获得了很多新成果，采用合理可行的增产措施是实现长时间高效开发目标的有效手段，因此建议在今后的工作中仍需要不断加强对压裂工艺技术的分析和研究，提出以下意见：

（1）根据压裂后形态及生产时裂缝内油气渗流作用机理，建立完善模型实现预测及计算，为将来的进一步优化奠定良好基础，提供科学依据。

（2）现在常用压裂设计软件都不能完全满足水平井压裂基本要求，虽然大部分软件都能对裂缝实施设计，但对产量预测进行的分析远远不足，若没有充分考虑裂缝之间的干扰、间距及位置可能对产量造成的影响，则必须开发出满足水平井压裂要求的专用软件。

（3）对于水平井的分段压裂，其主要难点为工艺方法类型的选择与封堵工具，因此，应通过进一步的研发及应用实现高效实用性。