連續油管橋塞射孔工藝原理(水平井分段壓裂改造技術)

水平井分段壓裂改造技術

王培義李宗田蘇建政孫良田

（中國石化石油勘探開發研究院，北京100083）

摘要 水平井技術于1928 年提出，20 世紀40 年代付諸實施，20世紀80年代相繼在美國、加拿大、法國等國家得到廣泛工業化應用，并由此形成了一個研究和應用水平井技術的新高潮。本文闡述了國內外水平井分段壓裂工藝技術及其應用效果，傳統的填砂打液體膠塞及封隔器分隔壓裂技術勞動強度大，作業周期長，水力噴射壓裂是水平井分段壓裂發展的方向。

關鍵詞 水平井 分段壓裂 應用效果

Staged Hydraulic Fracturing Proceeding of Horizontal Well

WANG Pei-yi，LI Zong-tian，SU Jian-zheng，Sun Liang-tian

（Exploration and Proction Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083）

Abstract The horizontal well technology was proposed in 1928，brought into operation in 1940s，and successively widely instrialized used in U.S.A，Canada，France in 1980s.So a new meridian was developed that time.This paper gives an overall description the staged hydraulic fracturing proceeding of horizontal well in domestic and abroad，and introces its field application.Traditional liquid cement isolation and packer isolation in hydraulic fracturing proceeding makes labour intensity raised and leads working cycle longer.Hydrojet fracturing proceeding is a trend in staged hydraulic fracturing proceeding.

Key words horizontal well staged hydraulic fracturing field application

水平井通過擴大油層泄油面積提高油井產量，提高油田經濟效益，目前已經成為油氣田開發的一種有效手段，特別對于低滲油氣藏效果更加顯著。為了充分發揮水平井優勢，提高低滲透油田開發效益，水力壓裂改造成為儲層增產的重要措施。

國內外于20世紀80年代開始研究水平井的壓裂增產改造技術，在水力裂縫的起裂、延伸、壓后產量預測和分段壓裂施工工藝技術等方面取得了一定進展，但總體來講不配套、不完善，特別是水平井分段壓裂改造工藝技術與實際生產需求還存在較大的差距，有待進一步開展攻關研究。本文主要介紹目前國內外常用的幾種水平井分段壓裂工藝技術［1～3］。

1 水平井分段壓裂改造技術

1.1 液體膠塞隔離分段壓裂技術（化學隔離技術）

國內外在20世紀90年代初采用該技術，主要用于套管井。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施工結束后沖砂沖膠塞合層排液求產。該方法的優點是施工安全系數高。缺點是：①所使用的液體膠塞濃度高，對所隔離的層段傷害大；②由于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；③施工工序繁雜，作業周期長；④綜合成本高。因此，該技術方法20世紀90年代初發展起來后沒有得到進一步發展與推廣應用。

1.2 水平井雙卡上提壓裂多段技術

此項技術可以一次性射開所有待改造層段，壓裂時利用導壓噴砂封隔器的節流壓差壓裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各層的壓裂（圖1）。優點：①分層改造目的性強；②井筒隔離效果好。缺點：容易砂卡封隔器，造成井下事故。需進一步攻關研究。

圖1 雙封分層壓裂管柱示意圖

1.3 封隔器+機械橋塞分段壓裂技術

該技術為：射開第一段，油管壓裂，機械橋塞座封封堵；再射開第二段，油管壓裂，機械橋塞座封封堵，按照該方法依次壓開所需改造的井段，打撈橋塞，合層排液求產（圖2）。優點：①具備雙封分壓的特點；②砂卡時處理事故比雙封管柱容易。缺點：①作業周期長；②砂卡風險大［4，5］。

圖2 水平井機械隔離分段壓裂管柱示意圖

1.4 環空封隔器分段壓裂技術

環空封隔器分段壓裂，首先把封隔器下到設計位置，從油管內加一定壓力坐封環空壓裂封隔器，從油套環空完成壓裂施工，解封時從油管加壓至一定壓力剪斷解封銷釘，同時打開洗井通道閥，洗井正常后起出壓裂管柱，重復作業過程，實現分射分壓（圖3）。

圖3 環空分層壓裂管柱示意圖

1.5 限流分層壓裂技術

限流法分層壓裂是一種完井壓裂技術，它主要用于未射孔的新井。限流壓裂技術機理是在壓裂過程中，當壓裂液高速通過射孔孔眼進入儲層時會產生孔眼摩阻且隨泵注排量的增加而增大，帶動井底壓力的上升，井底壓力一旦超過多個壓裂層段的破裂壓力，即在每一個層段上壓開裂縫。如果層多、層薄，物性差異大，那么就會導致各裂縫啟裂和延伸不均衡，影響增產效果（圖4）。

圖4 限流分層壓裂管柱示意圖

1.6 水力噴射加砂分段壓裂技術

水力噴射分段壓裂技術就是將水力噴射技術和壓裂技術相結合，其技術原理是根據伯努利方程，將壓力能轉換為動能，在地層中射流成縫，通過環空注入液體使井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，環空泵注的液體在壓差作用下進入射流區，與噴嘴噴射出的液體一起被吸入地層，驅使裂縫向前延伸，因井底壓力剛好控制在裂縫延伸壓力以下，壓裂下一層段時，已壓開層段不再延伸，因此，不用封隔器與橋塞等隔離工具，實現自動封隔。通過拖動管柱，將噴嘴放到下一個需要改造的層段，可依次壓開所需改造井段（圖5）。

水力噴射壓裂技術可以在裸眼、篩管完井的水平井中進行加砂壓裂，也可以在套管井上進行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準確地壓開多條裂縫，水力噴射工具可以與常規油管相連接入井，也可以與大直徑連續油管（ϕ60.3mm）相結合，使施工更快捷，國內外已有數百口井用此技術進行過酸壓或加砂壓裂處理［6～8］。

圖5 噴射壓裂技術示意圖

2 現場應用效果

吉林油田，由于井比較淺，大部分水平井采用環空分段壓裂技術，用該工藝壓裂投產的水平井，壓后初期產量為10.8～14.2m3/d，穩定產量是周圍直井產量的3～5倍。

長慶油田自1993年在安塞油田第一口水平井——塞平1井成功實施分段壓裂以來，已利用填砂打膠塞分段壓裂技術改造了7口井17層段。長慶油田在2005年引進哈里伯頓公司水力噴射分段壓裂技術基礎上，2006年在4口井實施了水力噴射分段壓裂，其中莊平7井投產后日產油7t，取得了較好的改造效果。

大慶油田在葡萄花油田實施8 口水平井限流壓裂，投產2 口井，平均日產量達到43.7t，未壓裂水平井日產為9.7t，壓裂增產3.4倍。2007年封隔器分段壓裂占水平井壓裂總井數的75.6%，增產效果是直井壓裂的4.5倍，是水平井限流壓裂的1.4～2.5倍。將分段壓裂與限流壓裂相結合，開展水平井分段限流工藝研究，試驗8口井，降低了施工成本與風險，并取得了較好的增產效果。

勝利油田套管限流分層壓裂實施了高89-平1井、史127-平1井、商75-平1井3口井的分段壓裂，其中史127-平1井水平段長351.3m，實施限流改造井段3488.5～3646.5m，長度為 158.0m，壓后初期日產液 20.3m3，日產油 11.5m3，穩定日產油6.45m3，含水量為7%。

3 結論

（1）水平井的增產措施是低滲透水平井長期高效開發的重要手段，應加大水平井的分段壓裂措施的現場實施研究力度。

（2）水平井開發經過十余年的科技攻關，取得了很多成果，但在水平井分層壓裂工藝配套等許多方面有待于進一步提高。

參考文獻

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