水平井分段压裂技术现状

彭子恩

[摘 要]本文结合水平井压裂工艺基本原理分析，对水平井普遍采用的压裂技术进行了分析，着重通过水力喷射工具、喷射主体和压裂液等压裂措施的探究，对水力喷射技术进行了研究。

[关键词]水平井；压裂工艺；水力喷射

中图分类号：TE377 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0037-01

当前，随着勘探开发条件较好的油田开发力度越来越大，储量越来越少，浅薄层、低渗透、稠油等非常规油藏开发增多，对这些油藏水平井因自身特殊的井身轨迹和井筒结构，具有独特应用优势，特别是对低渗透油藏，配套应用压裂工艺，可以显著提升油气采收率。因此，有必要对水平井压裂工艺应用进行探究。

1 水平井压裂工艺

1.1 水平井压裂工艺基本原理

水平井压裂比常规直井压裂更为复杂，要统筹考虑储层流体力学、岩石动力学、储层压裂前后性质变化等因素。因井身轨迹特殊，水平井压裂中井筒方向、最小主应力方向间的关系对裂缝开裂方向具有决定性作用，在井身轴线与最小主应力方向平行时会产生横向裂缝，二者是垂直方向时，会产生纵向裂缝；二者是非垂直性交叉时，裂缝方向较为复杂。压裂工艺实施后，横向裂缝因与井筒接触很难发挥增产效力，拟表皮效应使井筒与裂缝间产生附加压降，会降低产能。但横向裂缝也具有一次压裂多条裂缝、增加泄油面积等优点；如果压裂后产生纵向裂缝，增产效果一般不明显，但对油井储层具有无因次导流或水平井与储层厚度较大时，纵向裂缝可显著提升产能。因此，要根据实际情况，优选适用工艺、压裂出适用于具体井筒的裂缝方向。

1.2 水平井压裂常用技术措施

一是水力喷射压裂。是水平井最常用的压裂工艺，通过水力压裂产生纵向裂缝，尤其适用于酸化无效、水敏严重地层，可通过水力压裂纵向裂缝，增大裂缝与井筒的接触面积提升储层油气采收率，即使裂缝不在近井筒部位依然可以实施，且纵向裂缝受井底流量收敛作用影响小。具体实施中，即使无法精准判别井筒最小主应力方向，也可获取较好的压裂效果。在压裂后防污、除害等工艺实施中，纵向裂缝可扩大与井筒的接触面积，获取更好地增产效果。当前，水力喷射加砂分段压裂等新技术不断实施，适用于筛管完井、裸眼完井等形式，通过套管井内压裂，实现一次管柱下入精准压开多条有效裂缝，通过油管与水力喷射工具的一同下井连接，配套应用大直径连续油管，显著增产。

二是同时多裂缝压裂技术。通过限流法对水平井进行多裂缝同时压裂，具体可通过限流控制技术，对流入各压裂区段的压裂液和支撑剂进行控制，实现多区段同步压裂，通过对射孔炮眼的规格、数量控制，实现整体最大排量注入，由最先压裂裂缝部位的炮眼限流，一次性实现多区段同时裂缝压裂。压裂工艺实施前要注意做好炮眼解堵，根据不同区段压裂需求确定最优压裂液注入速度；技术实施还要配套双跨式封隔器，确保压裂液在离开油管和进入炮眼间的摩阻阻力最小。实施关键是确保所有炮眼入口都提前计算好压裂液、支撑剂排量，并对管柱摩阻进行计算，确保井下作业试剂既满足多井段同时处理的排量，又不会因排量注入压力过大对油管和套管造成损害。

三是新型低伤害化学暂堵胶塞分段压裂技术。该技术采用低浓度、高强度成胶剂，对已经压裂区段作业后不需进行填砂，应用成胶剂封堵也有利于控制成胶和破胶水化时间，无需在压裂完成后实施钻塞冲砂，可以在压裂后直接进行排液求产，有效保护储层。

四是高效压裂支撑剂技术。水平井压裂工艺作业时间较长，压裂液要尽量减少对储层的伤害，特别是长期关井会加大伤害，要研制具备表面张力低、滤饼可降解等性能的压裂液，采用包胶支撑剂、低密度支撑剂、支撑剂回流控制等技术，确保支撑剂高效实用。

2 水平井水力喷射压裂技术应用

本文以常用的水力喷射压裂技术应用为例进行分析，重点是研制喷射工具、优选压裂液等措施。

2.1 研制水力喷射工具

一是研制喷嘴。喷嘴是水力喷射关键工具，因处于压裂作业工具前段，喷射返流等会造成磨损，可选择耐返溅材料制作，实现单孔大过砂量低磨损，并适当选择合适的喷嘴尺寸和数量，确保满足作业需要。重点是优化工具结构，选择锥状进口和平直段口喷嘴结构，利用导流性和约束性，确保磨料进入喷嘴低摩擦、在喷嘴内均匀分布。优化喷嘴设计，对流道前后段分别采用圆滑锥形和圆柱形，借助相同的流道内径，维持喷嘴流量和速度系数一致性，提升喷射液体能量转换效率；通过圆柱流道实现磨料加速，增强冲射力；即使长期使用后流道前段磨损，剩余圆柱段也会维持射流出口规格不变。优化应用先进适用材料，比如采用B4C 陶瓷等进行喷嘴制作。同时，对喷嘴流体力学相关参数进行计算，确保压裂液在油管、喷嘴内密度、喷嘴规格、油管长度等参数适用。二是研制喷射器主体。以合金结构钢作为水主体材料，通过适当调质确保材料表面实现1mm左右的表面渗氮，误差控制在0.2mm，硬度指标达到HB255-302，增强耐磨损性。可在主体配套滑套，实现多个带滑套喷射器同时下入，满足多级喷射要求，在目标段压裂后可通过滑套打开作业，实现下行流道堵塞后多层射孔压裂。三是研制井下工具串。研究具备扶正器、短接器、筛管、单向阀和接箍等部件的工具串，借助單向阀环空流阻作用，实现反洗时将流体由环空流入油管返排。

2.2 优选压裂液

水平井水平段较长、多条裂缝间相互干扰，造成支撑剂沉降性控制尤为重要。水平井压裂可在不同阶段采用粘度存在差异的压裂液，低砂比区段使用中粘压裂液、高砂比使用耐温高粘压裂液，确保压裂液较强携砂性和降摩阻作用。实验表明，水平井使用的中粘压裂液最佳参数为：140℃、初始粘度400-500mPa·s，、剪切2h 后粘度 160mPa·s左右，高粘压裂液150℃、初始粘度600-700mPa·s 、2h后粘度300mPa·s 左右。

2.3 改进配套技术

在岩层硬度高、埋深大的区域，喷嘴易失效，要对管柱进行优化，5in喷枪扣型由2in平式扣改为加大扣、直接连接油管，管柱钢级别由N80变为BG150，通过管内抗压强度增大来降低环空摩阻。要改进配套设备，应用高压法兰盘在井口连接，在新型混砂车吸入泵与混砂罐间增加旁通，减少供液系统，简化作业程序。对压裂投产油井采用2台压裂车替浆，确保井筒清洁不堵；喷砂射孔前将井筒填充基液，实现射孔压力降低；筛管完井油井分段压裂，压裂完成一区段后进行洗井，杜绝磨料摩擦堵塞。

3 结论

综上所述，水平井压裂技术较为复杂，通过对压裂工艺原理和主要措施的应用改进，对提升压裂工艺应用水平进行了分析，有利于提升水平井开发成效。

参考文献：

[1] 张子明.水平井压裂技术发展现状[J].中外能源，2009（09）.

[2] 陈朋刚，赵丽霞.水平井压裂工艺技术的发展现状[J].西部探矿工程，2010（02）.