水平井分段压裂工艺技术现状及展望.pdf
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1、天然气工业水平井分段压裂工艺技术现状及展望陈作1王振铎1曾华国2(1 巾幽石油勘探开发研究院廊坊分院2。中国石油吐哈油f R 公司勘探事业部)陈作等水平井分段压裂工艺技术现状及展望天然气工业2 0 0 7，2 7(9)：7 88()摘要水平井目前已成为提高油田勘探开发综合效益的重要连径，其技术已在中国石油塔里术、辽河、冀末、大庆、新疆、吉林等1 3 个j 出田得到了广泛的应用。对于钻遇在低渗透油气藏的水平井和产量达平到经济开发要求的其他水平井，必然尊面临增产改造的问题。水平井水平段压裂与直井压裂改造的工作重点有所S-同，为此，就国内外化学隔离分段压裂、机械封扁分段压裂、限流分段压裂、水力喷射分
2、段压裂等水平井分段压裂改造工艺技术进行了沧述，展望了水平井分段压裂改造技术的发展趋势，以期为国内水平井分段压裂改造技术攻关方向提供参考，主题词水平荇压裂隔离水力喷劓封隔嚣发展趋势一、引言国内外于2 0 世纪8 0 年代卅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，水平井压后产量预测，水力裂缝条数和裂缝几何尺寸的优化，分段压裂施|J，艺技术与井下分隔J J 具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和井下分隔工具片面与实际牛产需求还存存较人的差距，有待进一步加大投入人山、物力攻关研究。二、水平井压裂水力裂缝形态与优化的水力裂缝条数水力裂缝方位垂
3、直晟小主地应力方位，冈此，依据水平井井筒方向与最小主地应力方位的关系，水甲井压后水力裂缝形态般有横向裂缝、纵向裂缝和复杂裂缝种类型。刘于一【J 水平井，水力压裂后将形成哪一种形态的水力裂缝，取决于地应力状态与水平井井筒方位的相互关系，如果井筒平行最小主应力方向，则产生与井筒j f l 垂直的横向裂缝，如果升筒与最小主应力方向垂直，则产生与沿井筒由向延伸的纵向裂缝(见罔1)。实际r，由于地应力方位的复杂性以及射孔段长度等对裂缝起裂的影响，水平井升简方位很难做刮与最小主应力方向平行或垂直，一般存在定角度的夹角，凼此，水甲井实际圈1 水平井压裂水力裂缝形态示意图的水力裂缝形态为经过转向的复杂的横向或
4、纵向裂缝。理论研究表明，水平升压后各条裂缝的流态为线性流和径向流并存的复杂流态，在生产一定时间后，水平井中多条裂缝会相互干扰，影响各裂缝的产量。周此，水平井中裂缝条数的优化非常重要，它不仅影响水平井的产能，同时也影响压裂施工的安全性和最终经济效益。研究认为，对于垂向渗透率小于或等于水平渗透率的储层，优化的横向裂缝条数为3 5 条。但水平井究竟需要多少条裂缝与之匹配，须依据实际的储层状况进行优化。三、水平井分段压裂工艺技术现状欲在比较长的水平井井段中以较短的时间、安全地压裂形成上述优化的多条水力裂缝，且压后快速地排液，实现低伤害的水平井分段压裂，其压裂工艺技术难点存干分段压裂工艺方式选择和并下封
5、堵工具，归纳国内外水半井分段压裂的工艺技术方法，主要分为以F 四类。作者简介：陈作，m 6 s 年生硕士，高级T 程师；现从事低渗透油气藏增产。改造 面的T 作地址：(0 6 5 0 0 7)河北省廊坊l I J4 4 号信稍。电话：(o I()B 9 2 1 3 4 8 9。Em a l l：c z f a t s c v i p s l mc o n l7 8 万方数据第2 7 卷第9 期天然气工业1 化学隔离技术国内外在2 0 世纪9 0 年代初采用该技术，主要用于套管井。其摹本做法是：射开第一段，油管压裂；用液体胶塞和砂予隔离已压裂井段；射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子
6、隔离；采用这种办法，依次压开所需改造的井段；施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。液体胶塞和填砂分隔分段压裂力法施工安全性高，但所使用的液体胶塞浓度高，对所隔离的层段伤害大，同时压后排液之前要冲开胶塞和砂子，冲砂过程中对上F 储层均会造成伤害，而且施工工序繁杂，作业周期长，使得综合成奉高因此，该技术方法2 0 世纪9 0 年代初发展起来后没有得到进一步发展与推广应用。2 机械封隔分段压裂技术机械封隔技术用丁套管井，主要有机械桥塞与封隔器结合或双封隔器单卡分压或环空封隔器分段压裂等技术，基本分为以下3 种。(1)机械桥塞+封隔器分段压裂。射歼第-段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；再射开第二段，油管压裂
7、，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。(2)环空封隔器分段压裂。首先把封隔器下到没计位置，从油管内加一定压力雎封环牵压裂封隔器，从油垂环空完成压裂施1 2，解封时从油管加雎至一定压力剪断解封销钉+同时打开洗井通道，洗井正常后起卅压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压。(3)双封隔器单卡分压。J 阻一次忭射升所有待改造层段，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艇裂。现场试验结果丧明，环空封隔器分段压裂技术已成功地应用于浅层油减，相对成熟，在深井应用中还需改进与完善。双封隔器单卡分段压裂技术容易砂卡封隔器，造成井下事故
8、，正进一步攻关。3 限流压裂技术限流糠裂技术是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻目随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的f：升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上乐开裂缝，它要求各个段破裂压力基本接近，可j _ 孔眼摩阻来调节。该技术多用于形成纵向裂缝的水平井，分段的针对性相对较差。4 水力喷砂压裂技术水力喷射分段改造技术是9 0 年代末发展起来的目前国外应用比较广泛的技术，其技术原理是根据伯努利方程，将压力能转换为速度，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速射流(喷嘴喷射速度大于1 2 6m I s)在地层中射流成缝，通过环空注八液体使井底压力
9、H 0 好控制在裂缝延伸压力以F，射流出 周围流体速度最高，其压力最低，环空泵沣的液体在压差作用F 进入射流区与喷嘴喷射出的液体一起被吸人地层，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，压裂下层段利，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，可依次压丌所需改造井段。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，c 乜_ 可以在套管井上进行，施l：安全性高，可以用-趟管柱在水平井巾快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射I 具可以与常规油管相连接人井也可以与大赢径连续油管(膨G o 3m m)相结合，使
10、施工更快捷，同内外已有数百口井川此技术进行过酸压或加砂压裂处理。水力喷射压裂原理示意图和拖动分段压裂示意罔分别见图2 和图3。图2 水力喷射压裂原理示意图图3 水力喷射拖动分段压裂示意图四、发展展望1 水力喷射分段压裂技术水力喷射技术可以在裸眼、筛管、甚至套管完井的水平井以及石灰岩、砂岩等不同岩性上进行分段酸压或加砂压裂，而日施工安t 争快捷。大力发展水平井水力喷射分段压裂技术，特别是与大直径连续油管(巧7 3m m)联作是一个总的发展趋势。7 9 万方数据天然气工业2 0 0 7 年9 月2 新型低伤害化学暂堵胶塞分段压裂技术在以往的技术条件下，采用的液体胶塞+填砂隔离的办法，液体胶塞浓度高
11、，伤害封堵层，且施工结束后需冲开或钻开胶塞与砂子，又导致上下储层伤害。新型伤害化学胶塞应采用低浓度成胶剂，成胶后强度高封堵已压层段不用填砂成胶与破胶时间可控，压后可彻底破胶水化，施工结束后无需冲砂或钻塞等作业，直接排液求产，对地层伤害小。3，双封隔器单卡分段压裂技术双封隔器单卡分段压裂技术适用用套管井的分段改造，可以一次性射开多层，采用上提管柱的方式，一趟管柱完成各层的压裂，具有改造针对性强、节省时问的优势，但需攻关解决砂R 封隔器后解卡技术。4 多级封隔器分段压裂技术在双封隔器分段压裂成功的基础上发展不动管柱的多级封隔器分段压裂技术，它类似滑动套筒循环装置，液压座封可同收封隔器将每层封隔开，
12、每个套筒内装有一个螺纹连接的球座，最小的球座装在最下面的套筒r，最大的球座装在最上部的套筒内，将不同大小的低密度球送人油管，然后将球泵送到相应的工具配套的球座内，封堵耍增产处理的产层，再通过打开套筒就可以对下一个产层进行处理，最多可以对1 0 个层进行不动管柱的分压处理。五、结论与建议(1)水平井水平井段分段压裂改造是获得较好效果的前提，其工艺技术难点在于分段压裂工艺方式选择和井下封堵工具。(2)目前水平并分段压裂工艺技术方法主要有化学方法、机械方法和水力喷射等方法，比较而言，8 0 水力喷射方法可以实现自动封堵，施工风险小，可用于裸眼、筛管与套管等完井方式，一趟管柱可进行多段压裂，缩缅施工周
13、期，有利于降低储层伤害，在国外的水平井分段压裂中得到广泛的应用，其他分段压裂技术和工具均各有优缺点，需进一步改进与完善。(3)建议开展：水力喷射分段压裂技术玫关研究，包括水力喷砂工具(喷嘴、喷射器等与配套工具等)、水力喷砂压裂优化设计方法与压裂施工工艺技术；新型化学暂堵胶塞分段压裂技术研究；双封隔器以及多级封隔器分段压裂T 艺技术研究等。形成水平井分段压裂工艺技术及配套工具系列。参考文献 1 谢建华大庆油田水平井多段乐裂技术 J 石油钻采工艺，1 9 嘴(4)L 2 杨洪志塞平一井分段试油压裂工艺技术 J 石油钻采工艺，1 9 9 6(2)L a j 刘振字人工压裂水平井研究综述 J 大庆石油
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