多级分层压裂工艺技术现状及展望

多级分层压裂工艺技术现状及展望

李亭

一直以来，水力压裂技术都是油气田开发中增产增注的主要手段，尤其对于低渗透油气田开发，更是主要的依赖手段。由于石油需求量的迅猛增加，迫使我国对低渗透油气田的开发越来越重视，对相应开发技术的要求也越来越高，这样，水力压裂技术也得到了迅速的提高。

由于油气田开采难度的加大，为了适应压裂改造的需要，水力压裂技术出现了多方面的技术进步，特别是在多级分层压裂技术方面。本文就近几年来的技术发展情况，做一简要总结，希望能够对今后技术的发展有所帮助。

多级分层压裂包含多种技术手段，常规方式有：限流、投球、桥塞、液体胶塞和工具封隔等分层压裂技术，近几年快速发展起来的两种技术是水力喷射和封隔器配合滑套多级分层压裂技术。

一、水力喷射多级分层压裂技术

１、工作机理

水力喷射分层压裂是集射孔、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和岩石,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。水力喷射裂缝一旦形成，由于喷嘴出口周围流体速度最高，其压力就最低，故流体会自动泵入裂缝而不会流到其它地方。环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层。水力喷射压裂利

用动态分流技术成功解决了裂缝的定位控制问题，通过流体的动态运动让其进入地层的特定位置而不使用任何机械密封装置。

２、工具组合

水力喷射压裂工具组合是水力喷射压裂中的关键部分，主要由扶正器、喷枪、单向阀和筛管组成[1]。

图1：水力喷射压裂工具组合

３、技术优势

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,可以用一趟管柱快速准确地压开多条裂缝。水力喷射工具既可以与常规油管,也可以与连续油管相连接入井。按连接方式，水力喷射压裂技术可分为普通油管和连续油管水力喷射两类；按拖动方式，可分为拖动和不动管柱两类[2-3]。具体见表1。

表1：水力喷射压裂技术分类

４、发展现状

我国首次应用水力喷射压裂是在2005年12月9日，在靖安油田靖平1井，长庆油田公司与哈里伯顿合作成功完成了国内首次水力喷射压裂试验。中国石化华北分公司，在2007年10月28日至11月7日分别进行了大牛地气田D12－10井和D66－4井，共6层的连续油管压裂工艺试验[4]。

在2007年11月，中国石油勘探开发研究院廊坊分院利用研制的工具，在克拉玛依油田BJHW601水平井上，用油管下入的方式分3段进行水力喷砂压裂[5]。2008年吐哈油田井下公司与哈里伯顿公司配合分别在鄂尔多斯盆地、三塘湖盆地、玉门实施了水力喷射压裂工艺技术[6]。自2008年起,中原油田在水力喷砂射孔分段压裂工艺等多方面进行了室内研究并在现场进行了５口

井的试验[7]。2010年，在长庆油田苏里格气田东区，利用哈里伯顿公司CobraMax压裂工艺，下入连续油管进行了水力喷砂射孔环空压裂改造施工[8]。

通过与国外公司的合作，国内不少单位积累了一定的经验，再加上积极的研发，目前我国不少油田和研究院所如中国石油勘

探开发研究院、长庆油田工艺研究院[9]、华北油田和中原油田[10]、胜利油田采油院[11]、石油大学等单位已经拥有了自己的成套工具设备。

二、封隔器配合滑套多级分层压裂技术[12-25]

一般的来讲，油井通常只需要压裂两层或三层，对压裂管柱和工具组合要求并不太高。但是由于低渗透气田层系较多，往往有四五层需要分压，尤其是水平井更需要多级分压，这样就形成了封隔器配合滑套多级分层压裂技术。

１、工具组合情况

该技术的工具组合是在最下部安装坐封球座和压差滑套，接着往上是封隔器和投球滑套等。根据需要压裂的层数决定投球滑套和封隔器的数量和组合情况。在组合管柱下入井中并准确定位后，先投球坐封，压裂最下部的层段，然后再投球打开第一级滑套并封堵下部层位，压裂第二段。随后再投入不同直径规格的球，逐级打开投球滑套完成分压。裸眼水平井和套管完井水平井在分段压裂管柱方面,只是裸眼水平井压裂时,需要将压裂管柱悬挂在原井套管上,因此多了一个悬挂式封隔器。在裸眼水平井分段压裂时，一般常用钻杆将压裂工具组合送至预定位置，投球坐封悬挂式封隔器和裸眼封隔器，然后加压丢开悬挂式封隔器，起出送入钻柱，再下压裂用管柱回接，进行压裂。有时也直接下入一趟管柱完成压裂，这些都要由现场设备和工具的作业能力而定。

裸眼和套管完井水平井分段压裂具体管柱组合分别见图2和图3。

图2：裸眼水平井分段压裂具体管柱组合

图3：套管完井水平井分段压裂具体管柱组合２、发展现状

由于水平井数量的增多，针对水平井的分级多层压裂技术进步很大。国外斯伦贝谢、贝克休斯和加拿大封隔器能源服务公司等多家公司相继推出了水平井多级压裂技术。国内，中石油在

2011年11月14日，宣布已经形成水平井双封单卡分段压裂、

封隔器滑套分段压裂、水力喷砂分段压裂三大主体技术。目前国内应用该类工具进行施工试验的有四家单位：安东石油引进的贝克工具、渤海钻探工程技术研究院、川庆钻探工程技术研究院以及长城钻探工程技术研究院。

对于直井，一般最多是四封三喷，长庆油气工艺研究院在2010年10月开始，已经研发出5寸半套管不动管柱机械分压6

层的工艺配套技术。水平井，一般是裸眼井，可以一次分压10

级以上。如：2010年5月21日，胜利油田首次在樊154-平1井实施裸眼长水平井12级分段压裂获成功。2010年9月，吉林油田对长深Ｄ平２水平井进行了裸眼封隔器滑套10级大规模压裂。

封隔器配合滑套和水力喷射多级分层压裂各有优势，两者对比见表2。

表2：封隔器配合滑套和水力喷射多级分层压裂对比

三、存在问题及发展趋势

水力喷射和封隔器配合滑套多级分层压裂工艺技术，作为两大主体技术，尽管我国在这些方面已经取得了很大进步，但也应看到我们的不足和存在的问题，尤其是在水平井改造方面，与国外先进技术还有不小的差距。

存在的主要问题有：（1）在水力喷射多级压裂改造方面，工具和设备能力仍有不足，如喷嘴质量不高，有时出现刺坏或脱落问题；在连续油管制造和配套方面还有很大的差距；在深层超深层油井的压裂应用方面也面临不小的挑战。（2）在封隔器配合滑套多级分层压裂方面，封隔器和投球滑套的质量都有待提高，因为根据压裂实施统计的结果，成功率还不太高，原因不少，如投球不能正常打开滑套，封隔器不能坐封，封隔器砂卡，压裂管柱上提困难等等。（3）在压裂工具配套方面，裸眼封隔器、套管封隔器以及连续油管封隔器等距现场的要求还有一段距离，需要改进完善。

针对上面存在的工艺问题，建议开展如下的研究：（1）研制开发出质量过硬的喷射器和喷嘴，能够完成连续多段的压裂任务而不出现问题。（2）在深井超深井的压裂方面，开展相关研究，能够将地面泵压降下来，同时满足压裂需要。（3）在封隔器配合滑套多级分层压裂方面，研制小尺寸可膨胀的封隔器，以减少管柱下井过程中的遇阻或砂卡问题。（4）多级分层压裂工具的配套，应该有一系列相关产品，确保现场施工便利进行。（5）进行水力喷射和投球滑套结合成不动管柱多级压裂方面的研究工作。