发布时间 : 星期五 文章页岩气藏水平井分段压裂技术更新完毕开始阅读727f98faf90f76c661371ab6
水平井技术已成为页岩气藏开发的主要技术。而水平井分段压裂技术，能有效产生裂缝网络，尽可能提高最终采收率。
目前页岩气井以水平井完井、大规模分段压裂投产为主。水平井的成本一般是垂直井的1.5～2.5倍，而初始开采速度、控制储量和最终评价可采储量却是直井的3～4倍左右。Barnett页岩最成功的垂直井在2006年上半年页岩气累积产量为991.1×10m/d，而同期最成功的水平井产量为2831.7×10m/d，为直井产量的近3倍。因此，进行水平井分段压裂技术能够合理的解决页岩气藏的开采问题，并且能够获得较好的经济效益[5]。
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2.1 水平井分段压裂技术现状
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。
2.1.1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。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。
2.1.2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。
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、造成井下事故，正进一步攻关。
2.1.3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。
2.1.4水力喷射压裂技术
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126 m/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。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。
2.2水平井分段压裂技术发展展望
2.2.1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，而且施工安全快捷。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联合作业是一个总的发展趋势。
2.2.2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+填砂隔离的办法中，液体胶塞浓度高，伤害封堵层，且施工结束后需冲开或钻开胶塞与砂子，容易导致上下储层伤害。新型低伤害化学胶塞采用低浓度成胶剂，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。
2.2.3 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、节省时间的优势，但需攻关解决砂卡封隔器后解卡技术。
2.2.4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，液压座封可回收封隔器将每层封隔开，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上，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入油管，然后将球泵送到相应的工具配套的球座内，封堵要增产处理的产层，再通过打开套筒就可以对下一个产层进行处理，最多可对10个产层进行不动管柱的分段压裂处理。
3 水平井分段压裂技术在国内外页岩气藏的应用分析
水平井分段压裂技术组成包括水平井钻完井、分段压裂技术和裂缝监测技术三个部分。目前比较常见的压裂技术主要有可钻式桥塞分段压裂技术、多级滑套封隔器压裂技术和水力喷射压裂技术。
水平井分段压裂技术广泛运用于页岩气开采中。如图3所示，水平井分段压裂利用封隔器或桥塞分隔各段，然后在水平井井筒内1次压裂1个井段，逐段压裂，在1个井筒中压开多条裂缝。它通常分为3个阶段：即先将前置液(无支撑剂) 泵入储层，然后将含有一定浓度支撑剂(通常为砂)的压裂液泵入储层，最后使用更高浓度的支撑剂压裂液进行压裂。依此类推，相继泵入数量不定的压裂液到储层，同时泵入比之前浓度更高的支撑剂，直到达到要求。通常还可以通过使用桥塞、封隔器以及连续油管等工具辅助压裂。利用水平井分段压裂技术可以增大水平井的导流能力，提高水平井产能。
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图3 水平井分段压裂示意图
3.1 页岩气藏压裂的必要性及优化设计
对页岩储层来说，裂缝系统既是气体的主要储存空间，也是渗流的主要通道。对页岩气开发来说，裂缝系统是压裂液进入储层的主要通道。天然裂缝的发育程度是影响页岩气运移聚集，经济开采效益的关键因素之一。页岩气藏水力压裂应该尽量选择天然裂缝发育程度高的层位，来沟通天然裂缝，提高井筒附近的导流能力，水力裂缝方位垂直最小主应力方位。因此，依据水平井井筒方向与最小主应力方位的关系，水平井压后水力裂缝形态一般有横向裂缝、纵向裂缝和复杂裂缝三种类型。对于一口水平井，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，则产生与井筒相垂直的横向裂缝，如果井筒与最小主应力方向垂直，则产生与沿井筒方向延伸的纵向裂缝。对于高渗透率地层或裂缝性地层采用纵向裂缝较好，而对于低渗透油气层则产生多条横向裂缝效果较好。因此，页岩气水平井进行分段压裂时，井筒一般平行最小主应力方向进而产生横向裂缝(见图4)，以便有效沟通储层本身所含有的大量微裂缝，进而产生裂缝网络。
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图4水平井垂直裂缝分段压裂图
3.2 页岩气水平井分段压裂现状
归纳国内外水平井分段压裂的工艺技术研究现状，主要有以下四类压裂技术：化学隔离技术，机械封隔分段压裂技术，限流压裂技术和水力喷砂压裂技术。近年来，应用于页岩储层水平井分段压裂的一个趋势就是结合传统压裂工艺和连续油管、滑套完井两种作业方式，在压裂液体系、封隔器、滑套等方面进行改进。
（1）水力喷射分段压裂技术，其原理是根据伯努利方程，用高速和高压流体携带砂体进行射孔，打开地层与井筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂缝的水力压裂技术。利用这种技术将水力喷砂射孔与水力压裂完美结合起来，可以在裸眼井中不使用密