1、水平井研究进展摘 要：水平井是薄、低渗透以及小储量边际油气藏开发的有效方式。对于渗透率极低、渗流阻力大、连通性差的油气藏，往往压开多条裂缝来增加油气渗流能力。近年来，由于水平井独特的优势越来越受到各个国家的重视。在低渗透的水平井中产量达不到经济开发要求不可避免的面临增产的问题。本文阐述了水平井压裂设计、水平井压裂存在的主要问题及水平井压裂技术发展趋势，为水平井的研究提供了理论基础。关键词：低渗透油气藏 水平井 压裂 现状 展望 一?引言 水平井技术可以大大地改善油气田开发的经济性，提高油气田开发的效果和效益，特别是提高那些非均质的、连通性差的、低渗和薄层等油气藏的开发效果和效益，以及有效地解决
2、油田后期开发中出现的水锥、气锥和高含水等问题；所以，近年来，水平井技术在世界范围内得到了迅速发展。水平井虽然可以增加井筒与油层的接触面积、提高油气的产量和最终的采收率，但由于低渗透油藏的渗透率低、渗流阻力大、连通性差，有时水平井的单井产能也较低，满足不了经济开发的要求，还要对水平井进行压裂增产，提高水平井的产能。水平井水平段压裂与直井压裂改造的工作重点有所不同。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，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，储层保护，分段压裂施工技术与井下分隔工具等方面取得了一定进展，但总体来讲配套完善程度不足，特
3、别是水平井分段压裂改造技术和井下分隔工具方面与实际生产需求还存在较大的差距，有待进一步加大投入人力、物力攻关研究。 二?水平井压裂增产机理 水平井压裂后的裂缝形态主要取决于水平井筒轴线方向与地层最大主应力方向的关系。水平井压裂后裂缝形态主要有 3 种：水平井筒与最大主应力方向平行，形成纵向裂缝；水平井筒与最大主应力方向垂直，形成横向裂缝；水平井筒与最大主应力方向有一定的夹角，形成扭曲裂缝。水平井压裂的增产机理在于压裂改变了渗流模式：压裂前的径向流流线在井底高度集中，井底渗流阻力大；压裂后的流线平行于裂缝壁面，其渗流阻力相对小很多。高渗透、裂缝性储层水平井压裂后形成纵向裂缝有利于提高改造效果，低
4、渗透储层水平井压裂形成横向裂缝对改造有利。 三?水平井压裂的工艺技术 3.1 限流分段压裂技术 限流法分段压裂是一种完井压裂技术，主要用于未射孔的新井。限流压裂是通过严格限制射孔炮眼的数量和直径，并采用尽可能大的注入排量施工，用最先被压开部位的炮眼限流，大幅度地提高井底压力，进而迫使压裂液分流，一次性压开欲压裂的全部裂缝。该技术的优点是不下入工具，施工简单，施工周期短，一次施工便可以压开多条裂缝，有利于油层保护。限流分段压裂技术的缺点是受射孔孔眼回压影响较大，单条裂缝控制困难；由于施工能力的限制，当水平井筒较长且裂缝数目较多时，单条裂缝孔数较少，改造强度受影响。 3.2 化学隔离分段压裂技术
5、该技术主要用于套管井，解决井筒由于套管变形、段间距小、井下有落物等无法使用机械封隔器进行施工的难题。由于施工工序繁琐，作业周期长，使得综合成本高，因此，该技术没有得到大范围的发展和推广应用。但随着各项技术的进步与发展，开发了一种新的化学隔离分段压裂技术，即自破胶液体胶塞水平井分段压裂工艺。这种工艺的流程是先将射孔压裂管柱下入水平井最端部地层，采用水力喷射进行射孔压裂，然后注入水溶性自破胶液体胶塞；上提射孔压裂管柱到第 2 层，再次采用水力喷砂射孔进行压裂；依此逐次压开多段地层。该工艺最大的特点是胶塞在使用时能承受一定的压差，耐温性能好，成胶时间可调，且能自动破胶，破胶时间可控，无残渣，低伤害，
6、可实现压裂时的有效封堵，从而实现水平井的分段压裂。 3.3 单封压两层压裂技术 水平井滑套分压工艺管柱主要由井口专用投球器、油管、安全接头、分层压裂工具总成等组成。其基本原理是：水平井采取从趾端到跟端顺序射孔、压裂作业。首先下入射孔枪，同时射开最趾端处的 2 个压裂井段，起出射孔枪；下入水平井滑套分压工艺管柱至设计位置，装好压裂井口及井口专用投球器，油管内加液压坐封滑套分压封隔器，并打开第1 射孔段的压裂通道，从油管完成第 1 段压裂施工；利用专用投球器，投入上层通道球棒，打开第 2 段压裂通道，并从油管完成第 2 段压裂施工；利用专用投球器，投入解封球棒，解封隔器，起出压裂管柱；后续压裂井段
7、按照环空分压施工工序进行。这种具有压裂管柱相对简单，卡工具的风险小的优点。 3.4 水力喷射加砂分段压裂技术 水力喷射分层压裂（HJF）是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产措施，利用专用喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，形成孔眼，随后流体在孔眼底部产生高于破裂压力的压力，造出单一裂缝。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
8、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。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油管相连接入井，也可以与大直径连续油管相结合，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。 四?存在的问题以及未来展望 水平井的快速增长，推进了水平井压裂技术的进步，水平井压裂工具和压裂管柱在油田现场进行了试验应用，提高了油井的产量，形成了各具特色的水平井压裂技术。但仍存在一些问题如下： 水平井完井方式与后期压裂改造不匹
9、配； 压裂裂缝起裂和延伸的机理研究不够； 水平井应力剖面方面的研究较少； 水平井压裂技术和压裂材料还需进一步完善； 压裂优化设计参数与水平井真实参数的符合性有待进一步的提高； 由于水平井具有许多直井不可比拟的优势，水平井数必将快速增加，尤其是复杂结构井的增加，给水平井储层改造技术提出更高要求。依据国内外的研究与需求，近几年水平井压裂技术的发展趋势应主要有以下几方面： 1）水平井限流压裂主要适用于储层埋藏浅、采用套管射孔完井以及各个压裂段破裂压力相近的储层。 2）多封隔器配合滑套的水平井分段压裂工艺是提高射孔完井水平井改造的有效手段，它能够实现定点改造，存在施工工艺复杂，对封隔器和其它井下工具要
10、求高的缺点。 3）针对裸眼完井水平井分段压裂改造特点，形成了液压裸眼封隔器和遇油膨胀封隔器配合滑套实现多井段改造的压裂工艺，能够满足裸眼水平井的分段压裂改造。 4）不动管柱滑套式水力喷射分段压裂改造工艺同时兼顾了封隔器+滑套和水力喷射分段压裂工艺的优点。降低了井下复杂事故发生的几率、减少了压裂液对储层的伤害，真正意义上实现了对水平井多段的高效改造，值得在水平井改造中大力推广。 参考文献 1曾凡辉，郭建春，陈红军，等 1 西柳 10-3 水平井分段压裂优化技术研究J1 断块油气田，2010，17（1）：1161181 2许建国，王峰，刘长宇 1 水平井滑套分压工艺技术及现场应用J1钻采工艺，2008，31（增） ：54561 3贺会群，李相方，胡强法，等 1 连续管水力喷射压裂机理与试验研究J1 石油机械，2008，36（4）：14，141
