水平井分段壓裂技術

國內外於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，水平井壓後產量預測，水力裂縫條數和裂縫幾何尺寸的優化，分段壓裂施工工藝技術與井下分隔工具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和井下分隔工具方面與實際生產需求還存在較大的差距，有待進一步加大投入人力、物力攻關研究。

欲在比較長的水平井井段中以較短的時間、安全地壓裂形成上述優化的多條水力裂縫，且壓後快速地排液，實現低傷害的水平井分段壓裂，其壓裂工藝技術難點在於分段壓裂工藝方式選擇和井下封堵工具，目前國內外水平井分段壓裂的工藝技術方法，主要分為以下四類。

國內外在20世紀90年代初採用該技術，主要用於套管井。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採用這種辦法，依次壓開所需改造的井段；⑤施工結束後衝砂衝膠塞合層排液求產。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，同時壓後排液之前要衝開膠塞和砂子，衝砂過程中對上下儲層均會造成傷害，而且施工工序繁雜，作業週期長，使得綜合成本高，因此，該技術方法20世紀90年代初發展起來後沒有得到進一步發展與推廣應用。

機械封隔技術用於套管井，主要有機械橋塞與封隔器結合或雙封隔器單卡分壓或環空封隔器分段壓裂等技術，基本分為以下3種。

（1）機械橋塞+封隔器分段壓裂。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。

（2）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，洗井正常後起出壓裂管柱，重複作業過程，實現分射分壓。

（3）雙封隔器單卡分壓。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，採用上提的方式，一趟管柱完成各層的壓裂。

現場試驗結果表明，環空封隔器分段壓裂技術已成功地應用於淺層油藏，相對成熟，在深井應用中還需改進與完善。雙封隔器單卡分段壓裂技術容易砂卡封隔器，造成井下事故，正進一步攻關。

該技術多用於形成縱向裂縫的水平井，分段的針對性相對較差。

水力噴射分段改造技術是90年代末發展起來的目前國外應用比較廣泛的技術，其技術原理是根據伯努利方程，將壓力能轉換為速度，油管流體加壓後經噴嘴噴射而出的高速射流（噴嘴噴射速度大於126 m/s）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，射流出口周圍流體速度最高，其壓力最低，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。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（60.3 mm）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。

水力噴射技術可以在裸眼、篩管、甚至套管完井的水平井以及石灰岩、砂岩等不同巖性上進行分段酸壓或加砂壓裂，而且施工安全快捷。大力發展水平井水力噴射分段壓裂技術，特別是與大直徑連續油管（73 mm）聯作是一個總的發展趨勢。

在以往的技術條件下，採用的液體膠塞+填砂隔離的辦法，液體膠塞濃度高，傷害封堵層，且施工結束後需衝開或鑽開膠塞與砂子，又導致上下儲層傷害。新型傷害化學膠塞應採用低濃度成膠劑，成膠後強度高，封堵已壓層段不用填砂，成膠與破膠時間可控，壓後可徹底破膠水化，施工結束後無需衝砂或鑽塞等作業，直接排液求產，對地層傷害小。

雙封隔器單卡分段壓裂技術適用用套管井的分段改造，可以一次性射開多層，採用上提管柱的方式，一趟管柱完成各層的壓裂，具有改造針對性強、節省時間的優勢，但需攻關解決砂卡封隔器後解卡技術。

在雙封隔器分段壓裂成功的基礎上發展不動管柱的多級封隔器分段壓裂技術，它類似滑動套筒循環裝置，液壓座封可回收封隔器將每層封隔開，每個套筒內裝有一個螺紋連接的球座，最小的球座裝在最下面的套筒上，最大的球座裝在最上部的套筒內，將不同大小的低密度球送入油管，然後將球泵送到相應的工具配套的球座內，封堵要增產處理的產層，再通過打開套筒就可以對下一個產層進行處理，最多可以對10個層進行不動管柱的分壓處理。

（1）水平井水平井段分段壓裂改造是獲得較好效果的前提，其工藝技術難點在於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方法主要有化學方法、機械方法和水力噴射等方法，比較而言，水力噴射方法可以實現自動封堵，施工風險小，可用於裸眼、篩管與套管等完井方式，一趟管柱可進行多段壓裂，縮短施工週期，有利於降低儲層傷害，在國外的水平井分段壓裂中得到廣泛的應用，其他分段壓裂技術和工具均各有優缺點，需進一步改進與完善。

（3）建議開展：①水力噴射分段壓裂技術攻關研究，包括水力噴砂工具（噴嘴、噴射器等與配套工具等）、水力噴砂壓裂優化設計方法與壓裂施工工藝技術；②新型化學暫堵膠塞分段壓裂技術研究；③雙封隔器以及多級封隔器分段壓裂工藝技術研究等。形成水平井分段壓裂工藝技術及配套工具系列。