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浅议水平井压裂工艺技术现状及发展趋势

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：魏祥赵江谭彬

[导读] 摘要：近年来，经济快速，社会不断发展，对于致密低渗油藏的开采开发手段中，水平井分段多簇压裂技术是非常重要的手段之一，由于分段多粗压裂技术会导致复杂的机理变化与各种影响因素的改变，因此基于不同的应力模型与不同的诱导公式分析可以得出具体影响水平井分段多簇压裂技术的因素。

        西部钻探井下作业公司（储层改造研究中心）新疆克拉玛依 834000
        摘要：近年来，经济快速，社会不断发展，对于致密低渗油藏的开采开发手段中，水平井分段多簇压裂技术是非常重要的手段之一，由于分段多粗压裂技术会导致复杂的机理变化与各种影响因素的改变，因此基于不同的应力模型与不同的诱导公式分析可以得出具体影响水平井分段多簇压裂技术的因素。因此，本文就着重分析水平井分段多簇压裂技术的原理与分裂，然后探究得出对于技术的影响因素。
        关键词：水平井；压裂工艺；技术现状；发展趋势
        引言
        在低渗透、低压、薄储层等边际油气藏的开采过程中，水平井分段压裂技术是保障其产量的重要措施之一，同时还有效的保障射孔、固井中的施工安全。在水平井分段压裂技术中，封隔器是其重要的组成部件，对压裂施工效率和施工质量起到了决定性作用。但是在实际的施工过程中经常出现封隔器因为工作环境恶劣、井壁曲面不规则等情况出现失效问题。封隔器一旦失效就会造成地面压裂设备无法加压、压裂段内部压力降低、封隔器之间相互串通等问题发生，以上问题可能对裂缝长度造成影响，严重的话可能造成压裂油井报废。我们要根据油田实际的开采情况，找到封隔器失效的原因，制定有效的解决措施，保障水平井段压裂技术的可持续发展。
        1水平井压裂工艺技术现状
        ①机械封堵逐层压裂的分段压裂技术，机械封堵逐层压裂的分段压裂技术主要是利用封隔器，在封隔器的作用下对水平井段进行分层分段压裂。在压裂具体施工中会根据油层纵向分布的特点以及施工排量的需要，用封隔器把压裂目的层封隔成不同的层段，然后依次逐层进行分段压裂。水平井压裂层段可以是独立的，也可以是多个压裂段共同组成，封隔层段就是为了可以实现不同层段的单独裂压，同时又可以保证生产需要时实现多层段的压裂。在实际施工中当水平井某一层段出现目的层被两个封隔器夹在中间，这种现象被称为双封隔器单卡分层压裂。当多个目的层被夹在两个封隔器中间的时候，往往就要求配套限流法压裂技术、堵球法等多种压裂技术相结合进行压裂施工。在实际水平井压裂施工中如果层段数量较多，且个层段纵向间距比较大，使压裂施工现场排量受限，那么就需要通过对封隔器分层段压裂管柱进行限流、封堵炮眼法手段进行逐层压裂施工。②与水平井完井相适应的压裂方式，水平井作为一种特殊井，它的井斜角接近 90°，采用压裂技术对此类井段进行完井的过程中，必须保证压裂方式与完井方式之间具有良好的适应性，否则可能会对完井效果造成影响。鉴于此，在应用压裂技术对水平井进行完井时，需要对压裂方式进行合理选择，这是确保完井质量的前提。现阶段，页岩气水平井段较为常用的完井方式有两种，分别为套管完井和裸眼完井。与套管完井方式相适应的压裂方式为泵送桥塞，这种压裂方式的特点如下：对裂缝的初始点具有良好的控制效果，可以保证井眼的稳定性，对于生产测井非常有利，成熟度比较高、风险相对较低，不足之处在于等待时间长。与裸眼方式相适应的压裂方式为封隔器加滑套，该方式的特点体现在如下几个方面：能够节约作业时间，且作业过程中不需要进行固井，井壁上存在的自然裂缝均不会遭到破坏。实际应用中发现，该方式的缺点较多，比如井壁的稳定性比较差，容易出现坍塌，完井的复杂程度较高，无法对裂缝的位置进行精确控制，一旦出现砂堵，很难处理。
        2水平井压裂工艺技术发展趋势
        2.1确定裂缝的具体方位
        在页岩气水平井钻井前，必须予以重点考虑的一个因素是水平段井眼的实际方位。对于水平井而言，井筒的方位如果与最大的水平主应力方位保持相垂直的状态，那么在这一前提下，能够产生出横向裂缝。若是井筒方位与最大的水平主应力方位保持一致，则压裂裂缝会以井筒为基点，沿着轴向逐步扩展，进而形成纵向裂缝。当井筒的方位与井内最大主应力之间的夹角为其它情况时，所产生的裂缝会呈现出复杂性的特点。

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实践经验表明，在页岩气水平井当中，横向裂缝的泄流面积更小，故此在压裂的过程中希望产生此类裂缝，因受到页岩层的影响，使得压裂时容易产生数量较多的微裂缝，当这些微裂缝与横向裂缝垂直时，便会形成二级裂缝，这是压裂改造过程中最希望出现的情况之一。在对压裂裂缝的方位进行确定时，除了要对井壁崩落、钻井诱导缝进行全面分析之外，还应当进行偶极横波测井。
        2.2簇间应力差异
        在理想状态下，水平团簇中每个团簇的应力是恒定的，即破裂压力应该是恒定的，但实际上受地层非均质性的影响，每个团簇之间的应力也有一定的差异。假设垂直应力是恒定的，则应力差在很大程度上由基本应力的最大和最小差反映出来。在模型中不同水平应力差下的断裂压力增加的计算值表明，当最大和最小主应力差增加时，当井眼方向垂直于最大主应力方向时，两组之间的裂纹压力差增加。，并且破裂与破裂之间的差异最小。根据沿最大基本应力方向的断裂伸长率定律，最常见的井眼布置方式是沿最小基本应力方向的井眼方向，组间的断裂压力差最大，井眼的具体方位与方向深度得到进一步优化。
        2.3裂缝间距优化
        采用压裂技术对页岩气水平井进行完井的过程中，减小裂缝的间距能够进一步加快井筒周围储层压力的下降速度，由此能够大幅度提升页岩气的开采速度。然而通过对压裂进行现场监测后发现，裂缝的扩展方向会随着压裂间距的减小而发生改变，无法与最大应力方向保持平行。之所以会产生出这种现象，主要原因是压裂裂缝影响了周围的应力场，致使应力方向与大小全部出现变化，进而导致后续的裂缝扩展完全是按照新的应力状态进行，并在扩展至一定距离之后发生转向。为有效解决这一问题，可以采取相应的措施对压裂裂缝的间距进行优化，借助应力本身所产生的干扰效应，结合页岩层的节理特点，达到增强渗透率的效果。同时，为防止水平井段裂缝的相互干扰，可对射孔簇的距离进行调整，并将压裂裂缝的间距控制在33-60m之间。
        2.4净压力及裂缝延伸状态
        根据计算感应电压的公式，净压力与感应应力成正比。随着诱导应力的增加，相邻组的爆炸压力增加；加上诱导应力与裂缝高度之间的关系，当模拟簇距为20m时，裂缝高度和裂缝会有所不同。从压力增加值的比率可以看出，随着高度的一半的高度增加，爆裂压力增加的值首先增加然后减小。可以观察到，当第一簇的新断裂裂缝的高度低或形成一定高度时，它不会影响另一簇的断裂压力，因此在初始施工阶段可以通过某种技术手段达到第二簇的有效断裂目标。
        2.5使用单流凡尔减小液击效应
        管柱在下井时会产生液体过流面积小的现象，我们通常称这种现象为液击效应，想要降低液击效应，就要适当的增加过流面积。通常情况下我们使用的封隔器直径都比较小，降低了套管与封隔器之间的摩擦系数，增大过流面积，但是井筒尺寸受到封隔器的限制，尺寸下降的数量值有限。这时候我们主要采取堵死管柱底部的方式，将其变成单流凡尔，过流面积因为单流阀的影响有效增加，液击效应下降。
        结语
        综上所述，页岩气的开采是一项较为复杂且系统的工作，为提高开采率，可以钻设水平井，并在水平井完井的过程中对压裂技术进行合理应用。通过对压裂相关参数的优化，能够最大限度地发挥出压裂技术的作用，这对于页岩气的顺利开采具有积极的促进作用。未来一段时期，应当加大对压裂技术的研究力度，通过不断地改进和完善，从而使该技术能够更好地为页岩气开采服务。
        参考文献：
        [1]宋卫东.页岩气压裂技术开发现状与发展建议[J].石化技术，2018（7）：76-79.
        [2]高启国，高银胜.130BPM全电动混砂撬在页岩气压裂施工中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2019（12）：165-168.
        [3]刘晓宇.页岩气压裂施工质量的技术研究[J].石化技术，2019（10）：109-111.