16.水平井分段压裂工艺基础。11

为裸眼完井和套管完井的砂岩和碳酸岩油藏水平井设计完成的。这套系统可以准确地 在指定位置坐封，并分隔各个层段，以满足压裂增产作业要求。其工作原理与FracPoint™封隔器系统类似。该系统耐温达到200℃（390℉）、耐压差达到70MPa（ 10000psi）。
4、限流压裂技术
通过控制各层/段的孔眼数量和直径，并尽可能提高注入排量，利用最先压开 层/段孔眼产生的摩阻，提高井底压力，使其他层/段相继被压开，从而达到一次 分压几个层/段的目的。
水力喷射分段压裂
水力喷射压裂包括水力喷砂射孔和裂缝起裂、延伸两个基本过程。
第一步：水力喷砂射孔 环空敞开, 通过油管高压注入含6% ~ 8% 石英砂( 粒径0.4~0.6mm) 浓度的0. 2% ~ 0. 5%瓜胶基液, 液体经过喷嘴后将势能转换为动能, 高速射流冲击切割套管及岩石, 形成具有一定直径和深度 的纺锤形孔眼。 第二步：裂缝起裂、延伸阶段 喷砂射孔后, 关闭环空, 通过对环空补液加压, 高速射流进入已形成的射孔孔 道内产生增压作用, 使孔内压力普遍高于环空压力。射流在孔道内的增压作用源于射流动压向静压转化。水力 喷射压裂时的孔内压力由井底环空压力和射流增压构成, 射流增压值一般仅3~ 5 MPa, 因此孔内压力大小主要 取决于井底环空压力。随着环空加压后井底环空压力升高, 孔内压力达到破裂压力后即可压开地层而起裂。起 裂后, 孔内增压值有所降低, 由于裂缝延伸压力低于破裂压力, 在保持环空压力不变的情况下就可使裂缝不断延 伸。由油管喷嘴和环空不断注入的支撑剂和压裂液对裂缝起到支撑作用。
裸眼分隔器+滑套+水力喷射压裂
水力喷射压裂工艺还可以结合裸眼水平井多封隔器+ 滑套水平井工具, 应用在裸眼 水平井分段压裂中。针对裸眼水平井分段压裂的封隔器主要有两类:
1） 液压裸眼封隔器, 一种永久式封隔器, 不带卡瓦和水力锚, 采用液压坐封。座封 时通过从油管内打压, 剪断下部液缸的剪切销钉, 活塞上移, 推动上部密封件实现坐封。 由于液缸上部具有倒齿结构, 能够防止密封件回移, 保证坐封后承压效果。该封隔器对于 规则程度较差的裸眼井具有良好的密封性能。
压裂工艺技术及其应用
收集整理人:邓懋平 安东石油技术（集团）有限公司油气田开发部
2013年7月15日
第一部分 国外水平井分段压裂技术发展现状及趋势
2005 年哈里伯顿公司率先提出“压裂工厂（FRACFACTORY）”的概念，即在一个 中央区对相隔数百米至数千米的井进行压裂。所有的压裂装备都布置在中央区，不需要 移动设备、人员和材料就可以对多个井进行压裂。“压裂工厂”作业模式成为规模化作 业的雏形。
Frac-Point™封隔器系统技术特点： 一次性作业完成节约占用作业机架时间 全封隔器及其附属系统具有旋转和扭矩通过能力 可靠的封隔器和滑套技术 全面的堵塞球和球座测试工作保证了施工过程中承受高压的能力 专利抗挤压部件系统保证在任何井筒条件下解封彻底
3、StageFRACTM增产系统 StageFRACTM增产系统是由PPES（Packers Plus Energy Services）公司专门
8、水力喷射压裂技术
该技术可应用于裸眼井、注水泥射孔完井、割缝衬管完井等各种完井方式，应用范围较广。 特点：
不用封隔器及桥塞等隔离工具，施工风险小 可进行多段压裂，缩短施工周期，有利于降低储层伤害。
压裂段数倍增技术：
水平井分段压裂技术研发的近期目标是压裂段数越多越好，因为分压段数越多， 遇到高产层段的几率就越大，增产效果就越好，美国页岩气和致密油开发成功的秘诀 即在此。大幅度增加压裂段数可以通过段数倍增技术（Stage multiplier technologies）和多端口压裂技术（Multiport fracturing technologies）来实现。
随压甜点探测技术
水平井分段压裂技术的远期目标是追求压裂段数的少、精、准。通过研究射孔 段对产量的贡献表明，只有30% 的压裂段真正对产量有贡献，这也就意味着大部分 压裂层段并没有压在出气区域上，从而造成了压裂段数越多、产量增加越大的认识 误区。因此，剑桥能源的研究人员认为，实际上水平井分段压裂技术的进步是一个 渐进的过程，并不能算是一项革命性的技术，如果能使每一级压裂都压在产气区上 ，那么这项技术进步将是革命性的，对降低成本和提高效率将具有十分重大的意义 。目前业界也在持续探索布缝优化技术，比如可在压裂前通过LWD 资料确定哪些 地方可能有断层，哪些地方可能出水，从而提前避免损失的发生，但是真正能够“ 闻着气味”走的压裂技术还有待业界的研究和突破。
该项工艺的优点在于降低了井下工具的施工风险、节省了作业时间、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。
新沙21-1H 井垂深2209. 2m、孔隙度为13% ~ 14% , 渗透率为( 0. 36~ 0.39) *10-3 。采用 139. 7mm套管固井后射孔完井方式, 水平段目标层段固井质量差, 且井筒内存在漏失点。中石化西 南油气分公司采用73.0mm 油管不动管柱滑套水力喷射3 段分段压裂, 规模分别为40、30 和50m3 。压裂后天然气无阻流量4.3 * 104m3 / d, 是邻井直井压裂产量的2. 0 倍。
连续油管拖动水力喷射分段压裂
目前已经发展为连续油管与水力喷射压裂相结合。由于连续油管卷筒部分螺旋 段流体摩阻较大, 水力喷射压裂中一般选用大直径连续油管( 一般≥50. 8 mm) 以获 得足够的排量。水力喷射环空压裂技术一般选用≌43. 8 mm 连续油管。
连续油管水力喷射分段压裂工艺在白浅110 井( 水泥固井射孔完井) 得到了成功 应用, 产层段埋深602. 1~ 1105. 2 m, 间断含有4 个含气层段。采用50. 8mm 连续 油管配合水力喷射工具进行了加砂压裂, 最高施工排量1. 31 m3 / min, 3 层累计加入 20/ 40 目陶粒30. 32m3 ( 47t ) 。压后获得天然气产量1. 33 * 104 m3 / d, 并且以 0.72 * 104m3 / d 的产量稳定生产, 压裂效果明显。
5、机械桥塞分压技术
原理：采用井下工具（封隔器、桥塞）来实现井筒隔离。
6、环空和有效性 。
技术特点 ◆适合分射分压 ◆适合大排量施工 ◆适合厚层压裂
7、三段分压工艺
双封隔器实现一趟管柱压裂三层段 一趟管柱起下，提高作业效率 设计四层投球器，投四次球棒无需打开井口
段数倍增技术主要是通过一个允许重复投球的端口工具实现同一尺寸的球多次投 放。2010 年，这一技术使压裂级数从20 级提高到了40 级，下一步研发目标是使压 裂级数增加4～6 倍。多端口压裂技术的典型代表是Packers Plus 公司新推出的 QuickFrac 工艺，主要原理是一次投球打开2～5 个滑套，在地面进行15 次压裂液泵 送作业，就可以实现多达60 段的压裂。QuickFrac 系统已经成功地进行了油田试验 ，与标准的StackFRAC系统相比，该系统可以节约60% 的作业时间。
①通过特定的射孔设计、脉冲式泵注形成通道； ②添加专有纤维保持通道稳定。 目前这项技术已经在全球完成近2000 口井的压裂作业，与常规压裂相比，压后 产量提高20% 以上。
有利于形成缝网的压裂技术
对于页岩气、致密油等非常规油气的增产改造而言，最理想的状态是形成天然 裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络, 从而增加改造体积, 提高初始产量和最终采收 率。目前国外正在试验和推广的有利于形成缝网的压裂技术有3 种：同步压裂（ Simulfrac）、拉链式压裂（Zipperfrac）和得克萨斯两部跳压裂（Texas Two Steps）。这3 种压裂技术都是通过巧妙的压裂设计来增加井与井之间、段与段之 间的岩石应力干扰，进而形成复杂交错的三维缝网。其中同步压裂近几年已经在 Barnett页岩气开发中成功应用。采用该技术的页岩气井短期内增产非常明显，目 前已发展为4 口井同时压裂。
高导流能力压裂技术
传统提高裂缝导流能力的策略包括提高支撑剂的圆度和强度，降低支撑剂粉碎 和胶化载荷等。斯伦贝谢公司正在推广一种可以实现无限导流能力的压裂新 方法——高速通道压裂（HIWAY）。该方法从根本上改变了依靠支撑剂形成裂缝导 流能力的方式，可在压后裂缝的支撑剂充填层内建立稳定的流动通道，在油藏和井筒 之间实现无限导流能力。这项技术成功的秘诀在于：
水力喷射压裂过程中, 每个喷嘴喷出的流体都是一个单独的淹没非自由射流, 由于液体的粘滞性作用, 在射 流和环空静止液体的交界面上产生漩涡, 环空中的液体不断卷入射流中, 产生抽吸作用, 由此在环空内部产生局 部负压, 低于环空内相邻位置的液体压力, 通过控制环空压力低于地层破裂压力, 不需封隔器就可实现有效封隔, 完成分段压裂 。当压开一条裂缝后, 通过拖动管柱, 将喷嘴放到下一个需要改造的层段, 可依次压开需改造井段 。
后来，这一概念逐渐 扩展为“工厂化钻完 井”，即多口井从钻 井、射孔、压裂、完 井和生产整个流程都 是通过一个“中央区 ”完成。通过采用“ 工厂化钻完井”的作 业模式，完井周期从 原来每口井60 天降 至目前的20 天完成5 口井，完井成本降低 了近60%。
1、分段压裂—PSI系统
PSI系统是贝克休斯公司90年代初期研究完成的水平井完井系统。该系统可实现射孔压裂一次完成，在施工 时，一次下入多级封隔器，依次分段射孔分段压裂，达到多段压裂的目的，同时，在压后若其中某一段出水，可 使用封隔器对出水段进行封堵，在出现砂堵时封隔器胶筒可与压裂管柱脱离，防止卡死管柱的事故发生。
2、Frac-Point™封隔器系统
Frac-Point™封隔器系统是2006年贝克休斯公司发明的一项新的完井技术。该 系统可以一次性放置到水平井裸眼井筒中并通过液压完成坐封，压裂或作业通道的开 启，通过安装在衬管鞋里的球座来控制。首先，投入堵塞球打开最下层封隔器上部的 压裂通道进行压裂施工，施工结束后，再投入一个堵塞球打开第二水平段的压裂通道 进行压裂施工，后续层段按照此工序进行。依次投入的堵塞球和对应球座的尺寸配合 经过精确设计，可以准确无误的打开相应压裂通道，而不会出现失误。全部压裂施工 完成之后，可以通过扫钻处理打掉球座，保证管柱的内通径。