水平井分段压裂工艺调研.docx

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水平井分段压裂工艺调研

水平井分段压裂工艺调研

石油工程技术研究院储层改造研究所

2O16年12月

目录

第一章前言3

第二章国内网水平井分段压裂技术现状3

2.1、国内外水平井分段压裂技术现状及难点4

2.1.1国内外水平井分段压裂技术现状4

2.1.2水平井分段压裂技术难点5

2.2暂堵剂分段压裂工艺5

2.2.1暂堵分段压裂工艺概述5

2.2.2暂堵剂分类6

2.3水力喷射分段压裂技术9

2.3.1油管喷射酸压工艺13

2.3.2不动管柱滑套多层压裂技术16

2.3.3拖动管柱水力喷射分段压裂工艺18

2.4裸眼水平井分段体积压裂工艺21

2.4.1裸眼封隔器滑套分段压裂技术22

2.4.2泵送桥塞射孔联作多级压裂系统26

2.4.3分段均匀酸化酸压技术27

2.4.4段内多裂缝体积压裂技术31

2.5水平井可取式封隔器-滑套分段压裂技术33

2.5.1管柱结构及工作原理33

2.5.2工具结构34

2.6多级可钻式桥塞封隔分段压裂35

2.7双封单卡分段压裂技术40

2.8限流压裂技术43

2.9其他水平井分段压裂技术45

2.9.1桥塞机械封隔分段压裂技术45

2.9.2投球选择性压裂技术46

2.9.3液体胶塞分段压裂技术46

2.9.4水平井环空分段压裂工艺47

第三章结论与建议48

参考文献49

第一章前言

近年来，由于高效益油气田的不断开发和高品位油藏日益减少，世界各国对石油的需求量迅猛增加，同时勘探开发和钻井技术水平不断提高，大量实践证明对于稠油油藏、致密油气藏、页岩气藏等，水平井开发技术具有很大的开发优势，得以大量应用。

其中产量达不到要求的水平井，必须进行增产措施改造，在此基础上提出了水平井分段压裂工艺技术。

水平井分段压裂增产技术对于改善低渗透、低孔隙度油气藏开发效果、提高单井产量和最终采收率，具有重要作用，是油田增产、增注的有效手段。

水平井开发技术具有很大的开发优势，得以大量应用。

其中产量达不到要求的水平井，必须进行增产措施改造，在此基础上提出了水平井分段压裂工艺技术。

水平井分段压裂增产技术对于改善低渗透、低孔隙度油气藏开发效果、提高单井产量和最终采收率，具有重要作用，是油田增产、增注的有效手段。

如今，水平井钻井技术已日趋完善，由单个水平井向整体井组开发转变，并以此为基础发展了水平井各项配套技术，与欠平衡等钻井技术、多分支等完井技术相结合，形成了多样化的水平井技术。

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，分段压裂施工工艺技术与井下分隔工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方面与实际生产需求还存在较大的差距，有待进一步攻关研究。

第二章国内网水平井分段压裂技术现状

水平井酸化酸压改造的关键之一是如何实现酸液在水平段的合理分布，即将酸液注入低渗透带或者是伤害严重的井段，实现均匀改善近井地带的污染状况或者是形成酸蚀裂缝穿透近井污染带并沟通地层中的天然裂缝，达到改造储层的目的。

随着水平井技术的发展，目前所钻水平井的水平段长度和井眼轨迹的复杂性不断增加，使得常规的笼统酸化技术在实际运用中出现了酸液用量大、易消耗在非目的段以及井壁坍塌和井径扩大等一系列问题。

因此，分段改造技术是目前进行水平井酸化酸压改造的首选措施。

2.1国内外水平井分段压裂技术现状及难点

2.1.1国内外水平井分段压裂技术现状

水平井分段压裂是在比较长的水平井井段中以较短的时间、安全地压裂形成优化的多条水力裂缝，且压后快速地排液，实现低伤害，其压裂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，目前国内外水平井分段压裂的工艺技术方法，主要分为以下四类。

1、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，油管压裂；②用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段；③射开第二段，通过油管压裂该段，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[1]。

液体胶塞和填砂分隔分段压裂方法施工安全性高，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，冲砂过程中对上下储层均会造成伤害，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。

2、机械封隔分段压裂技术

机械封隔技术用于套管井，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。

射开第一段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；再射开第二段，油管压裂，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[2]。

2）环空封隔器分段压裂。

首先把封隔器下到设计位置，从油管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，解封时从油管加压至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道，洗井正常后起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压。

3）双封隔器单卡分压。

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[3]。

现场试验结果表明，环空封隔器分段压裂技术已成功地应用于浅层油藏，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[4]，造成井下事故，正进一步攻关。

3、限流压裂技术

限流压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且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝，它要求各个段破裂压力基本接近，可用孔眼摩阻来调节。

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90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126m/s）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，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，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[5]。

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（60.3mm）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]。

2.1.2水平井分段压裂技术难点

与直井压裂相比，水平井压裂更为复杂，主要表现在以下方面：

裂缝与井筒的夹角关系、裂缝条数和位置等因素都直接影响水平井的增产效果，产量预测难度大；多条裂缝同时延伸，裂缝间的干扰强烈、近井摩阻高、压裂模拟难度大；一口水平井压裂相当于多口直井压裂，施工规模大，所需设备多，成本高，水平井分段压裂中水平井井眼轨迹复杂，曲率大，压裂管柱起下困难，砂卡几率大，施工风险高，遇卡后难以处理；水平段长、层段多，非均质性较严重，裂缝启裂、延伸复杂，压裂设计及现场控制难度大[7]。

2.2暂堵剂分段压裂工艺

2.2.1暂堵分段压裂工艺概述

世界多数油田都采用注水开采的办法，现在经过多年的积累，油田含水量过高已经是当今世界油田领域面临的普遍问题了。

随着油田的不断注水，导致了油藏含水量过高，油井出水严重，横纵向的均质性较差，采油效率低等一系列问题。

为了解决油田堵水问题，研究者们不断的开发各种暂堵剂，来达到选择性封堵高渗透层段的目的，从而改变油藏内部的非均质性，封堵高渗层来保证采油量[8]。

在增产改造过程中，暂堵剂的作用是在酸压施工的初期阶段通过堵塞效应，降低高渗层的吸液能力，使酸液发生转向进入低渗层，提高储层纵向生产剖面的改造程度和工艺效果。

2.2.2暂堵剂分类

1酸溶性暂堵剂

酸溶性暂堵剂主要是指碳酸钙类产品，在20世纪中后期发展迅速，特别是酸溶性超细粒CaCO3的应用最为普遍，它通过用聚合物和交联剂来形成一定粘度的溶液，并添加破胶剂，在地层温度下破胶[11]。

这种超细粒CaCO3被广泛的用到碳酸盐岩储层钻井过程储层保护中，更适用于高含H2S及CO2的碳酸盐岩储层钻完井作业。

这种暂堵剂能够对井壁进行快速封堵，减少钻井液中的固相和滤液侵入储层完井和修井液中，来降低液体滤失，保护储层。

由于其具有酸溶性，可在接下来的酸化作业中解除暂堵。

Verret等认为细粒CaCO3颗粒的缺点是脆性高，在长时间循环施工中易被碾磨破碎或磨细而侵入到深部储层中，并且只有在钻井液有较高固相含量时才能起到暂堵作用。

而且由于细粒CaCO3颗粒质脆，几乎不可压缩，坚硬不变形，因而在正压差作用下，其颗粒在孔喉或裂缝处仅能起一种架桥作用，而难以通过变形起到有效的封堵作用；采用酸溶性暂堵剂要利用酸来进行二次解堵，在工艺上复杂，同时可能会带来腐蚀问题。

这种类型针对高温油井应用较多[12]（盛骏杰，2015）。

2碱溶性暂堵剂

20世纪80年代早期，外提出用低浓度碱溶性微米级的超细纤维素取代酸溶性超细粒CaCO3暂堵剂来控制钻井液的滤失（Cowanetal，1984）。

微米级超细纤维素是由一种具有强伸缩性、强压缩性和轻微膨胀性的纤维状颗粒组成，Newhouse等人将微米级纤维素加入到钻井液中并成功地实施了暂堵控滤，保护了储层。

从那以后，微米级超细纤维素被广泛应用于储层的暂堵密封中[13]。

微米级的超细纤维素和性溶剂的配合相比于传统碳酸钙和酸性溶液的配合提供了一个新的选择，其优点是比传统超细粒CaCO3暂堵剂在地层中密封暂堵更快，更有效控制滤失，且有弹性，压缩比高，可膨胀，能降低产层污染程度，并且它在钻井液中的加量比传统的酸溶性暂堵剂CaCO3少得多（Newhouseetal，1991）。

超细纤维素暂堵剂的缺点在于一般只适用于钻井储层保护过程而不用于增产改造过程中，因为其酸溶性极低，且碱溶性下降程度与时间和温度关系密切，高温易导致碱溶性快速下降，而低温又需要较长时间溶解[14]。

碱溶性暂堵剂有其适应性，如对于H2S和CO2较高的碳酸盐岩储层不应采用碱溶性暂堵剂（刘大伟等，2008），因为在钻完井过程中为了防止H2S和CO2腐蚀设备，保证人员安全，一般要采用pH值较高的钻完井液，这时碱溶性暂堵剂无法形成屏蔽环。

3油溶性暂堵剂

油溶性暂堵剂主要是具有较高熔点的石油树脂类产品，使用最为广泛。

油溶性暂堵剂包括石油树脂、油溶性酚醛树脂、烃类树脂和重质芳烃树脂等，其利用树脂的油溶性来达到对油气层暂堵降滤、保护储层的目的。

在地层压力和温度作用下，被挤入井筒附近和近井地带的油溶性暂堵剂会变软，然后堵塞岩石孔隙，形成屏蔽带，有效地阻止液体或有害固相颗粒进入油层。

施工完成后，可溶入原油并随其排出，使地层渗透率得到恢复，有效地保护储层。

当然油基材料成本高，且会带来一定的环境污染，这在一定程度上限制了该类暂堵剂的使用[15]。

2015年王盛鹏、唐邦忠等为降低高闭合应力储层暂堵压裂施工压力高、砂堵风险大等难题研究出一种新型暂堵剂ZD-150，该暂堵剂抗温性能可达到120℃，48h油溶率大于95%，24h酸溶率小于5%，0.2%瓜胶携带15%的暂堵剂悬浮稳定时间可