关于水平井分段压裂的研究及探讨
【摘要】能源作为现代社会的稀缺资源，直接影响着人们的生产生活，对能源的开发也是极为重要的工程。在石油储存量较小且渗透性较差的油田内，水平井是较为有效的开发方式。如果遇到油气层渗流阻力较大、渗透率极低的情况，则需要将其压开数量不等的裂缝，加强油气的渗透性及减少渗流阻力。本文简单阐述了水平井分段压力技术的原理，各种类型的分段压裂技术，包括封隔器分段压裂、段塞分段压裂、封隔器配合滑套喷砂器分段压裂、水力喷射分段压裂、 TAP分段压裂技术等，为从事能源行业的人员提供一定的技术参考。
【关键词】水平井 分段压裂 技术 研究
由于各个油田的地质情况不一样，在开发的过程中许多特殊情况，如低渗透油气藏、稠油油气藏、储量较小、渗透阻力大等情况，需要采用水平井，其优势在于生产效率高、泄油面积大、储量的动用度较高。为了达到进一步提高水平井的产量，需要对水平井进行压裂，从而形成数量较多的裂缝，提高油气的产量，提升生产效率，但是由于水平井的跨度较大，要达到理想的压裂效果要求分段工具具有性能良好、体积合适、操作性强等特征，才能有效的提高单位油井的油气产量，实现经济效益及资源的充分开发[1]。
1 水平井分段压裂工艺的基本原理
水平井压裂后，其裂缝的形状、性能均有所区别，主要和水平井筒轴线方向及地层的主要应力的方向有着较为密切的关系。该项工艺能够提高产量的原理为压裂使石油的渗流方式发生了改变。进行压裂处理之前，石油的径向流流线主要处于井底的位置，渗透受到较大的阻力，压裂完成后，径向流流线与裂缝壁面呈平行关系，渗流受到的阻力较小。裂缝的主要形态有以下几种：①横向裂缝：当水平井筒和主要应力的方向为呈垂直关系时，即会形成横向裂缝；②纵向裂缝：当水平井筒与主要应力的方向呈平行关系时，即会形成纵向裂缝；③扭曲裂缝：当水平井筒和主要应力有一定的角度时，即会构成扭曲裂缝。压裂后形成的横向裂缝适用于渗透性较差储藏层，其可以明显的促进油井改造。而渗透性好、裂缝性的储藏层则需要利用纵向裂缝来提升改造效果[2]。
2 各种类型的分段压裂工艺 2.1 段塞分段压裂
段塞分段压裂工艺是在水平井施工进入尾声时，采用年度较高的物质植入井筒中，使之形成堵塞现象，在利用其它材料，如浓度较高的支撑剂、填砂液体胶塞或者超粘完井液等，进行填充性裂缝。该工艺的优势在于对于工具的要求较低，不需要特殊工具即可以安全设计方案进行施工活动，但是其缺陷在于施工时间较长，在进行冲胶塞施工时容易出现损伤，且由于胶塞强度的限制，在深度较大的水平井中不能达到理想的封隔效果，因此逐渐被新的分段压裂技术所取代[3]。2.2 TAP分段压裂工艺
TAP分段压裂技术的使用范围较为狭窄，对于管柱的规格要求高，仅仅适用于规格为114.3mm套管，且需要配合相关的套管施工，并在套管、套管头及其他部件的耐压性有一定的要求，进行压裂时，遇到特殊情况，还需要置入生产管柱，存在伤害到储存层的可能性。但是该工艺却完全不受到压力层级的影响，反而是层级越多，其特点越显著。该技术作为水平井分段压裂技术未来发展的方向，还需要在实践中反复探索、改进、完善。
2.3 封隔器分段压裂
封隔器分段压裂技术根据施工工艺的某些区别，可以分为两种类型，即上提管柱分段压裂及不动管柱分段压裂，二者均有不同的优势，具体情况如下：
（1）上提管柱分段压裂，该方式的基本流程为先利用喷砂器的节流压差将封隔器封住，并使用洗井液对封隔器进行解封处理，再将管柱向上提起，只利用一趟管柱即达到压裂若干层段的目的。该工艺需要使用到K344封隔器跨隔密封，是关注的受力更加均匀合理，有效的提高了施工的安全性及可靠性；
（2）不动管柱分段压裂，其是先利用喷砂器的节流压差将封隔器封住，在采用投球的方式进行分段压裂，也能够利用一趟管柱达到压裂若干层段的目的。该技术的优势在于适用的广度一般，较为有针对性，其施工的重点及难点在于通过水平井造斜段、回收封隔器胶筒、及解决管柱砂卡问题[4]。
2.4 水力喷射分段压裂
水力喷射分段压裂工艺是集合了射孔、压裂及水力封隔各种工艺的综合性水平井改造技术，其过程主要包括水力喷砂射孔和裂缝起裂、延伸。该工艺技术的特点在于对固井完井及裸眼水井的适用性较高，且无需下置封隔器具，能够有效降低施工事故及意外的发生率，但是一次只能完成一段的压裂，在进行多段的压裂时，需要将管柱向上提起。该工艺具有施工风险较大、周期长并容易出现卡机现象，因此在钻具的设计上，应遵循简单化、操作性强等原则。压裂的过程中，应准确定位，并保证工具的稳定性，井下工具可承受的温度极限、压力极限及密封程度应能够适应各种储存层的要求。另外喷射器的使用寿命应符合一趟管柱至少压裂两段的基本要求。
2.5 封隔器配合滑套喷砂器压裂工艺
该工艺是先在射孔的过程中，将需要压裂的井段一次成型的全部射开，充分利用导压喷砂封隔器的节流压差将封隔器封住。具体的流程为先通过油管，将下层充分压裂，并关闭滑套喷砂器，完成下层压裂工作后停泵，从井口向内投球，当球处于滑套喷砂器的位置时，在对油管施压，钢球在液压的作用滚动，并将滑套喷砂器喷砂孔打开，最后进行和下一段的压裂。其优势在于一趟管柱即可以压力多个井段，实现水平井的定点改造，具有极强的针对性，且对于工具的要求较低，施工简便，且效率高，稳定性及可靠性较好，且适用性较强，基本不受到水平井深度的影响，但是在上提管柱时有一定的困难，封隔器容易被砂埋入。
3 总结
上述的各种分段压裂均有其独特的优势及固有的缺陷。如多封隔器配合滑套的水平井分段压裂工艺，其优点在于能够实现定点改造，但是其缺点在于施工工序流程较为复杂，且对相关器具的要求较高；TAP分段压裂技术的优点在于操作方便，无需射孔，也不许使用封隔器，因此压力层级的限制对其影响较小，且该项优势随着层数的增加越发显著，但是其作为水平井分段压裂技术的发展方向，其缺陷在于使用范围较为有限。从事该项事业的人员可以根据油田的实际情况，综合分析考量各种因素，选择适合的方式，制定合理方案进行施工，能够有效的提高油井的产量，从而提升经济效益。
参考文献
[1] 曾凡辉，郭建春，苟波，袁伟.水平井压裂工艺现状及发展趋势[J].石油天然气学报.2010，32（06）：294-298
[2] 曹英杰，孙宜建，夏洪玖，孙良田.水平井压裂技术现状与展望[J].油气井测试.2010，19（03）：58-61
[3] 马飞，黄贵存，宋燕高.水平井封隔器分段压裂技术在川西油气田的应用[J].石油地质与工程.2010（06）：101-103
[4] 白建文，胡子见，侯东红，李义军，赵占良，朱李安.新型TAP完井多级分层压裂工艺在低渗气藏的应用[J].石油钻采工艺.2010，32（04）：51-53
关于水平井分段压裂的研究及探讨
