水平井分段压裂改造技术
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发布时间：2022-05-14 05:39
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时间：2023-08-03 09:50
王培义 李宗田 苏建政 孙良田
（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）
摘要 水平井技术于1928 年提出，20 世纪40 年代付诸实施，20世纪80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用，并由此形成了一个研究和应用水平井技术的新*。本文阐述了国内外水平井分段压裂工艺技术及其应用效果，传统的填砂打液体胶塞及封隔器分隔压裂技术劳动强度大，作业周期长，水力喷射压裂是水平井分段压裂发展的方向。
关键词 水平井 分段压裂 应用效果
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
水平井通过扩大油层泄油面积提高油井产量，提高油田经济效益，目前已经成为油气田开发的一种有效手段，特别对于低渗油气藏效果更加显著。为了充分发挥水平井优势，提高低渗透油田开发效益，水力压裂改造成为储层增产的重要措施。
国内外于20世纪80年代开始研究水平井的压裂增产改造技术，在水力裂缝的起裂、延伸、压后产量预测和分段压裂施工工艺技术等方面取得了一定进展，但总体来讲不配套、不完善，特别是水平井分段压裂改造工艺技术与实际生产需求还存在较大的差距，有待进一步开展攻关研究。本文主要介绍目前国内外常用的几种水平井分段压裂工艺技术［1～3］。
1 水平井分段压裂改造技术
1.1 液体胶塞隔离分段压裂技术（化学隔离技术）
国内外在20世纪90年代初采用该技术，主要用于套管井。其基本做法是：①射开第一段，*压裂；②用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段；③射开第二段，通过*压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离；④采用这种办法，依次压开所需改造的井段；⑤施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。该方法的优点是施工安全系数高。缺点是：①所使用的液体胶塞浓度高，对所隔离的层段伤害大；②由于压后排液之前要冲开胶塞和砂子，冲砂过程中对上下储层均会造成伤害；③施工工序繁杂，作业周期长；④综合成本高。因此，该技术方法20世纪90年代初发展起来后没有得到进一步发展与推广应用。
1.2 水平井双卡上提压裂多段技术
此项技术可以一次性射开所有待改造层段，压裂时利用导压喷砂封隔器的节流压差压裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各层的压裂（图1）。优点：①分层改造目的性强；②井筒隔离效果好。缺点：容易砂卡封隔器，造成井下事故。需进一步攻关研究。
图1 双封分层压裂管柱示意图
1.3 封隔器+机械桥塞分段压裂技术
该技术为：射开第一段，*压裂，机械桥塞座封封堵；再射开第二段，*压裂，机械桥塞座封封堵，按照该方法依次压开所需改造的井段，打捞桥塞，合层排液求产（图2）。优点：①具备双封分压的特点；②砂卡时处理事故比双封管柱容易。缺点：①作业周期长；②砂卡风险大［4，5］。
图2 水平井机械隔离分段压裂管柱示意图
1.4 环空封隔器分段压裂技术
环空封隔器分段压裂，首先把封隔器下到设计位置，从*内加一定压力坐封环空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从*加压至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道阀，洗井正常后起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压（图3）。
图3 环空分层压裂管柱示意图
1.5 限流分层压裂技术
限流法分层压裂是一种完井压裂技术，它主要用于未射孔的新井。限流压裂技术机理是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝。如果层多、层薄，物性差异大，那么就会导致各裂缝启裂和延伸不均衡，影响增产效果（图4）。
图4 限流分层压裂管柱示意图
1.6 水力喷射加砂分段压裂技术
水力喷射分段压裂技术就是将水力喷射技术和压裂技术相结合，其技术原理是根据伯努利方程，将压力能转换为动能，在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，环空泵注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔。通过拖动管柱，将喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段（图5）。
水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂，也可以在套管井上进行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具可以与常规*相连接入井，也可以与大直径连续*（ϕ60.3mm）相结合，使施工更快捷，国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理［6～8］。
图5 喷射压裂技术示意图
2 现场应用效果
吉林油田，由于井比较浅，大部分水平井采用环空分段压裂技术，用该工艺压裂投产的水平井，压后初期产量为10.8～14.2m3/d，稳定产量是周围直井产量的3～5倍。
长庆油田自1993年在安塞油田第一口水平井——塞平1井成功实施分段压裂以来，已利用填砂打胶塞分段压裂技术改造了7口井17层段。长庆油田在2005年引进哈里伯顿公司水力喷射分段压裂技术基础上，2006年在4口井实施了水力喷射分段压裂，其中庄平7井投产后日产油7t，取得了较好的改造效果。
大庆油田在葡萄花油田实施8 口水平井限流压裂，投产2 口井，平均日产量达到43.7t，未压裂水平井日产为9.7t，压裂增产3.4倍。2007年封隔器分段压裂占水平井压裂总井数的75.6%，增产效果是直井压裂的4.5倍，是水平井限流压裂的1.4～2.5倍。将分段压裂与限流压裂相结合，开展水平井分段限流工艺研究，试验8口井，降低了施工成本与风险，并取得了较好的增产效果。
胜利油田套管限流分层压裂实施了高89-平1井、史127-平1井、商75-平1井3口井的分段压裂，其中史127-平1井水平段长351.3m，实施限流改造井段3488.5～3646.5m，长度为 158.0m，压后初期日产液 20.3m3，日产油 11.5m3，稳定日产油6.45m3，含水量为7%。
3 结论
（1）水平井的增产措施是低渗透水平井长期高效开发的重要手段，应加大水平井的分段压裂措施的现场实施研究力度。
（2）水平井开发经过十余年的科技攻关，取得了很多成果，但在水平井分层压裂工艺配套等许多方面有待于进一步提高。
参考文献
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