于文博,蘭佩文,李瑞東（西安石油大學(xué)機械工程學(xué)院,西安710300）

關(guān)于水平井分段壓裂技術(shù)的國內(nèi)外調(diào)研

于文博,蘭佩文,李瑞東
（西安石油大學(xué)機械工程學(xué)院,西安710300）

摘要:隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，石油這一不可再生資源在社會發(fā)展中的作用日益顯著，石油的開采方式也在不斷的突破與創(chuàng)新。水平井分段壓裂技術(shù)自2002年開始，經(jīng)過數(shù)年的快速發(fā)展，形成了可以與不同完井條件相適應(yīng)的水平井分段壓裂技術(shù)。作為非常規(guī)油氣開發(fā)的主要技術(shù)，水平井分段壓裂技術(shù)有許多優(yōu)點，可以大幅提高采收率，同時也取得了長足的進步與發(fā)展，世界上專門研究該技術(shù)的公司也屢見不鮮，可以說得到了國際與社會的廣泛關(guān)注。本文主要介紹水力噴砂分段壓裂技術(shù)。通過對其國內(nèi)外現(xiàn)狀、工藝分析、優(yōu)化方法等方面進行研究，以期為水平井分段壓裂技術(shù)的發(fā)展與探索提供參考。

關(guān)鍵詞:水平井；分段壓裂；水力噴砂；國內(nèi)外現(xiàn)狀；優(yōu)化

1　前言

近幾年石油開采技術(shù)的發(fā)展在全球都備受關(guān)注，越來越多的探明儲量都屬于低滲透儲層，開采難度大，經(jīng)濟效率低，水平井的發(fā)展大大提高了集水建筑物與地下水非飽和帶中的氣體、地下油氣的接觸面積，有效地提高了流體的抽取效率。水平井分段壓裂技術(shù)是在井段中以較短的時間壓裂多條裂縫的關(guān)鍵。水力噴射分段壓裂技術(shù)在逐年快速發(fā)展。

本文主要選取水力噴砂分段壓裂技術(shù)作為范例，來介紹水平井分段壓裂技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況，關(guān)鍵技術(shù)和分析優(yōu)化等方面，希望可以對水平井分段壓裂技術(shù)的發(fā)展有所幫助。

2　水力噴砂壓裂技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況

2.1水力噴砂壓裂技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展情況

我國從1970年開始就將水射流技術(shù)從煤炭領(lǐng)域運用到了石油行業(yè)以實現(xiàn)增產(chǎn)，自首次試驗成功以來，短短六年時間，該技術(shù)已在長慶油田、四川油田等八個油氣田進行了現(xiàn)場應(yīng)用，在遼河、勝利、中原等油田取得良好效果，平均單井增產(chǎn)20%～30%。截止2011年底，已應(yīng)用于全國近300口井，目前已成為中國水平井分段改造的主體技術(shù)之一。

2005年，長慶油田與哈利伯頓油服公司合作引進了水平井水力噴砂分段壓裂技術(shù)，成功實施了靖平一井、莊平三井兩口井6段水力噴砂分段壓裂實驗。其中靖平一井實現(xiàn)分段壓裂兩段，被認為是國內(nèi)第一口實現(xiàn)水力噴砂分段壓裂的水平井[1]。

截止2011年，各項技術(shù)得到了進一步的發(fā)展。我國研發(fā)了小直徑封隔器并形成了水力噴砂與小直徑封隔器聯(lián)作分段壓裂技術(shù)。在噴孔的形態(tài)上有了新的認識，改變了其傳統(tǒng)的紡錘形。同時，完成了不動管柱水力噴射3段壓裂，提高了使用拖動管柱的危險，提高了作業(yè)效率。近年來，成功應(yīng)用了水力噴砂雙噴射器工具，實現(xiàn)了水平井多簇壓裂。

2.2水力噴砂壓裂技術(shù)的國外發(fā)展情況

近年來，由于連續(xù)油管的使用和環(huán)空壓裂的出現(xiàn)，對水力噴砂壓裂技術(shù)來說是一場巨大的變革。2005年初美國Barnett頁巖氣田第一次在水平井使用水力噴砂環(huán)空壓裂技術(shù)[1]。

在2007年哈利伯頓公司推出了CobraMaxH系列，使用連續(xù)油管噴砂射孔的水力噴砂壓裂技術(shù)，通過環(huán)空壓裂，留砂塞分隔各層，作業(yè)后油管沖砂使一趟管柱可以完成射孔和壓裂，同時對連續(xù)油管磨損很小，效率和效益都很高，施工風(fēng)險小。

貝克休斯公司也在近幾年推出了OptiFrac-SJ系列，使用了連續(xù)油管噴砂射孔、沙塞隔離和環(huán)空壓裂技術(shù)，泵注過程中連續(xù)油管可放在井內(nèi)，并且壓裂級數(shù)不受限制[2]。

3　水力噴砂分段壓裂技術(shù)概括與系統(tǒng)構(gòu)成

水力噴砂壓裂技術(shù)是基于連續(xù)性方程、動量方程、伯努利方程等流體力學(xué)基本定理形成的磨料射流壓裂方法。以伯努利方程為核心，將流體動能轉(zhuǎn)化為壓能，流體在噴嘴處形成高速射流射開套管和地層并形成一定深度的噴孔，在噴孔附近制造出水力裂縫，將巖石破壞出縫隙。同時井底壓力被控制在裂縫延伸壓力以下，壓裂下一層段時，已壓開層段不再延伸[1]。因此，水力噴砂壓裂技術(shù)具有“自封性”，無需用封隔器與橋塞等隔離工具就可以完成多個層段的增產(chǎn)作業(yè)。

水力噴砂系統(tǒng)主要是由油管、噴射工具、油管提升裝置、配套施工車及井口裝置等組成。噴射工具是整個系統(tǒng)的核心部分，它包含了噴嘴、噴射器、小直徑封隔器等其他配套工具。在壓裂過程中，射流具有清洗、剝層和切割的作用。射流對巖石的破壞主要取決于其沖擊壓力分布情況以及磨料濃度大小。

目前，水力噴砂壓裂技術(shù)的聯(lián)接方式主要有兩種：一是使用普通油管將噴射器送到壓裂位置進行作業(yè)，二是使用連續(xù)油管將噴射器送到壓裂位置進行作業(yè)。第一種方法雖然勞動強度大、對井口密封性要求高，但是其成本較低，故在國內(nèi)廣泛使用。而第二種方法可以提高作業(yè)的速度和效率，并且在作業(yè)中可以進行修改設(shè)計，但連續(xù)油管價格高昂，故國際上運用受到了制約。

4　水力噴砂分段壓裂技術(shù)的局限與建議

水力噴砂分段壓裂技術(shù)在施工過程中具有作業(yè)環(huán)境差，作業(yè)量大，噴嘴經(jīng)常磨損嚴重等現(xiàn)象，同時噴嘴的結(jié)構(gòu)、分布方式、破巖能力以及與泵壓、排量的優(yōu)化組合技術(shù)還不成熟。所以噴嘴的優(yōu)化在壓裂中是至關(guān)重要的。

建議如下：（1）噴嘴結(jié)構(gòu)一般采用圓錐收斂型噴嘴，為了使流量收斂，在噴嘴前端可以加一定長度的圓柱段，使射流效果增強；（2）相同排量下，噴嘴的直徑越大，射孔效果越好，但應(yīng)在一定范圍內(nèi)（5.5～6.35mm），否則會影響其排量和速度；（3）噴嘴的材料必須具有高硬度、高耐磨性等特性，但是硬度過高也會使材料的抗拉強度降低，所以選材時應(yīng)綜合考量；（4）噴嘴在排布問題上應(yīng)優(yōu)先考慮螺旋布置，這種布置方式使噴嘴間相互干擾減少，提高了噴嘴的壽命，還提高了射流效率；（5）噴嘴數(shù)量的選擇會影響施工排量，所以在具體施工時應(yīng)該控制節(jié)流壓力在17～35MPa范圍內(nèi)。

5　總結(jié)

水平井分段壓裂技術(shù)在未來會趨于完善，它的出現(xiàn)解決了一些直井所不能解決的問題，對提高現(xiàn)有的一些特殊和難以應(yīng)用的地質(zhì)儲量，確實是一項技術(shù)上的突破。它既有提高油田最終采收率、單井控制儲量多、泄油體積大、產(chǎn)能高、油藏適應(yīng)能力強等優(yōu)點，也特別適于陡峭油層、垂直裂縫、稠油和氣頂、底水等油層中使用。但它不會替代直井，而是對直井的補充和發(fā)展。各國對水平井的開發(fā)越來越重視，水平井分段壓裂技術(shù)也在不斷的探索中迸發(fā)出璀璨的火花。在未來，這項技術(shù)將會得到廣泛的應(yīng)用與推廣，技術(shù)也會有新的突破。

參考文獻：

[1]吳奇.水平井水力噴砂分段壓裂技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2013:1-9,115.

[2]張煥芝.國外水平井分段壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].石油科技論壇,2012(06).