水平井体积压裂技术的探讨

水平井体积压裂技术的探讨

摘要：我国重要的石油开采基地大庆，其外围的储油层渗透率较低（为4—5）×10-3μm2，丰度也低（10～20）×104km2，厚度也薄（单层的厚度大约在50cm），若用直井的方式开采效益很低甚至没有效益，若用水平井的方式开采，则能较好的解决外围的低渗透油田的多井的地产问题，可达到高效开采的目的。随着我国对石油需求量的增大和油价的居高不下，国家加大了对石油领域的投入和科研攻关的力度，水平井的攻关技术日臻成熟，得到了新的突破，特别是水平井的压裂的技术提高更明显，刚开始实行的是全井笼统限流法压裂，通过攻关则发展到现在的以下几种：1、段内限流多段压裂；2、胶塞压裂；3、双封单卡分段压裂；4、水力喷砂压裂；5、机械桥塞分段压裂。共5种方式和工艺。在提高水平井的开发效果方面，虽然这些新技术和新工艺取得了明显的效果，但是还存在一些问题和不足，使水平井压后产量的增加受到限制。

关键词：水平井；体积压裂；水泥加固

1. 关于在水平井压裂方面面临的技术难题

水平井压裂方面面临着两大技术难题：第一、由于通过压裂后裂缝的形成种类单一，使得油层的改造不够充分。由于所开发的水平井的位置地质条件不好，存在低孔和储层低渗透，并且油层所处的地质环境不好。像AN油田，砂岩单层的平均厚度只有80公分，而有效厚度只有30公分，并且平均孔隙度只有17%不到，且渗透率只有渗透率13.3×10-3μm2，含油的饱和度只有区区的51%。在此区做得无用功较多，钻遇率低，单层砂岩的平均钻遇率只有36%，而有效的钻遇率刚刚达到13.8%。面对这样的水平井，有效的处理方法就是在投产前需要压裂处理，但是运用常规的压裂技术一段段进行压裂，每段压裂段只能出现一条主要裂缝，使得储层的渗流面积受到很大限制，这样一来，对低渗透储层以及特低渗透储层而言远远达不到开采的要求。并且因为储层的渗透性能较差不好，常出现如下情况：刚刚开始时候，产能还不错，但时间不长产能下滑的很快，造成前高后低的现象。第二、为防止井崩，必须用水泥加固井壁。对低渗透以及特低渗透储层的处理方式，就是用水泥进行加固，但是水泥古井也会带来弊端，就是固井伤害，并且对油层的污染很严重。油井钻探完毕后，水泥固井的周期大约在两昼夜以上，这样一来，由于水泥浆浸泡长时间浸泡油层，会对储层造成很大伤害。同时，由于受到以重力为主的诸多因素的影响，水平段的固井质量难以得到有效保障，施工中常发生因油套环形空间不均匀导致窜槽、套变等事故，对随之而来的分段压裂施工造成很大安全隐患。同时，由于水泥固井后还要实施射孔后才能做到压裂，故大大增加了施工的成本。

2 水平井的体积压裂施工技术商榷

水平井在压裂过程中面临着不少技术性的难题，为了更好的解决这一问题，需要对那些较低渗透和特别低的渗透储层进行施工改造，于是就将水平井的簇式体积压裂工艺技术推了出来。在水平井的常规型压裂中，需要将整个压裂段分成一小段一小段，但用常规方式压裂，大都只能形成一条大的裂缝，若要使用簇压式体积压裂法压裂，能在整个压裂段会形成像渔网那样的网状式的裂缝，这样，就能大大增加渗透的面积，使水平井的强度和效果得到更好的改造。一般来说，剪切式裂缝是由簇式体积压裂所形成的，成因是外力作用岩石并使其破裂且产生滑动式位移所造成。由于岩石表面形成了高低不平且不规则的形状，使其形成的裂缝具有互相的支撑作用而不会坍塌。剪切式裂缝的形成步骤如下：1、地层的岩石因剪切力的作用而形成错位；2、粗糙的裂缝壁面使其产生了互相支撑在作用；3、裂缝的进一步开裂导致了剪切滑移并传导到脆弱的断层及平面；4、网状式裂缝形成。一般来说，簇式体积压裂有一定特殊性：首先，岩石要具有较比高的偏应力和强度，不能是容易发生塑性形变的酥脆性岩石，像含有石英、碳酸盐的页岩就很容易形成缝网式的结构。其次，剪切缝是缝网式结构形成的原因，因而对剪切缝的形成要有一定的要求，即最小水平应力要大于压力。再次，缝网形成的关键因素在于裂缝之间的有效沟通。

一般来说，水平井常规压裂使用的是单段射孔工艺技术，为了避免缝间干扰大都用单段压裂的模式。使用“分段多簇”射孔技术是为了体积压裂，将多段集中起来一块压裂，让3条以上且距离近的裂缝同时开裂，且在延伸的过程中裂缝相互作用和干扰，使得裂缝因力的方向改变产生转向，结果产生纵横交错的缝网。一般来说，100米至150米长度的单条压裂段比较适宜，簇之间的跨度在45——77厘米之间为宜，簇之间的间隔以20米至30米为宜。

在对压裂方案的选择时候，对双封单卡管柱上下封隔器间卡距要多加注意。若用锚栓单向固定，则会使得上封位移很小，而下封位移随着卡距、压力的增加呈现出增大的趋势，50m的卡距，70MPa位移接近要8厘米。

而在压裂工艺的花费成本上面，无论是常规压裂还是水平井簇式体积压裂，差别都不大。这是因为无论所使用的工艺，还是采取的措施看，不管是射孔抑或是压裂，与常规相比，使用的机器设备和仪器没有什么不同，不同的只是措施与方案的选择上而已。

而在工艺技术的推广应用方面，国外已经普及使用水平井簇式体积压裂技术了。像美国，大约有15%的天然气是利用这项技术从页岩中采集。我国对该项技术展开试验的油田是长庆油田，效果显著，达到了每天采集近42吨原油的可喜成果。大庆油田也在这方面进行了积极的尝试。大庆油田的地质构造较为特殊，其储层岩主要是砂岩，在高压下会发生塑性变形，因此，在大庆油田用体积压裂法从理论上讲是非常困难的。但是，可以借鉴和利用这种方法，进行“拟体积压裂”，也就是说，通过在水平井段，进行间距的优化，进而进行分段多簇射孔技术，将多段合在一块一起压裂，然后由于缝隙的互相干扰和影响，让裂缝方向发生偏转，从而产生多条缝隙。大庆油田在特低渗透区块运用该项技术进行了大胆的尝试，效果喜人。

3.体会与建议

（1）运用水平井体积分段压裂这一先进技术，使“水平井压裂固井质量差”这一业内的技术性难题，得到了较好的解决。其优点是：1、减轻对储层的伤害；

2、节省投资；

3、适用范围广；

4、可进行多段压裂。这一工艺技术在大庆有着很好的推广潜力。

（2）运用水平井簇式体积压裂技术后，产能有很大提高，通过改造，油层转好，但其缺点是改造对象受到很大限制，这项技术在大庆油田的推广使用还有很多难点需要解决，不过推出的“拟体积压裂”技术得到了较好的应用。

（3）无论是水平井体积分段压裂技术，还是水平井簇式体积压裂技术，都应该从实际出发，根据具体的情况和实际需要，优选最适合的方法，达到节省成本提高效益的目的。

参考文献

[1] 王家宏. 中国水平井应用实例分析[M]. 北京：石油工业出版社，2004

[2] 陈朋刚. 水平井压裂工艺技术的发展现状[J].西部探矿工程，2010，（02）