水平井封隔器分段压裂技术在油气田的应用探究

路超，张根，陈杨

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司，河北 沧州 062552）

0 引言

当前，水平井在油气田中的应用已经很广泛，可以有效提升开发综合效益，但是受部分水平井低渗透低压特点的影响，需要改造储层，提升特殊水平井的开采质量。基于此，水平井封隔器分段压裂技术开始得到发展和应用，可以推动全面增产的实现，对各种条件复杂的油气田都有一定的适用性。

1 封隔器特点

我国的封隔器种类较多，如永久式、张力式、水力膨胀式等，基本都由密封、扶正、坐封、锚定、解封以及锁紧六大部分组成，在实际应用过程中会受不同工艺要求影响，结构会有所差异，其结构的主要特点为：

（1）密封部分。在施加外力时，这部分会产生动作，形成封隔环形空间，将可以被流通的部分进行隔绝，属于封隔器的关键结构，一般该部分的密封元件会呈现为圆筒状，也就是封隔器中常被叫做胶筒的构件。

（2）扶正部分。该部分的主要作用就是将密封元件扶正，附加作用为初卡，通过扶正器和扶正弹簧的共同作用，在管柱转动过程中，受扶正弹簧摩擦力的影响，封隔器壳体不会随之而转动，满足工作要求。

（3）坐封部分。封隔器进入目的层后，坐封部分会推动椎体，让卡瓦可以在套管内壁上进行紧密贴合，弹性密封元件施加压力，使其产生压缩效果，造成密封元件径向变形效果。

（4）锚定部分。主要作用为支撑，主要由卡瓦和水力锚构成，可以在套管壁上形成支撑力，防止纵向移动对封隔器密封性能的影响，避免过早解封现象发生。

（5）解封部分。连通套管和油管之间的压力，收回卡瓦，恢复密封元件原形。

（6）锁紧部分。座封过后的隔离器受这部分的作用依旧可以保持坐封状态[1]。

2 水平井分段压裂技术应用意义

当前水平井在我国的定义为井斜角≥86°的井，正常情况下水平井都是由水平段、曲率段以及直井段三结构构成，其中油藏在水平段的渗流特点具有差异，导致在同一水平井水平段的不同部位上，其含水量会存在不同，就需要进行分段开采，利用封隔器分隔不同层段，在各层段和管柱之间建立起流体通道，由此形成的通道具有独立性的同时还带有连通性，可以有效提升收采率。对该技术的应用和发展是对水平井修井、酸化等已有技术的完善，也是对技术创新的重要推动力，其发展可以解决国外技术封锁，建立起我国油气田开采的技术体系。从大范围的影响来看，该技术的发展和应用对我国综合国力都有一定的提升效果，相关专家通过鉴定表明该技术的出现，让我国在这方面的总体水平得到极大提升，已经可以达到国际先进水平；从小范围的影响来看，可以有效提升油气田产量，提升资源利用率，保证开采的安全性[2]。

3 在油气田中水平井分段封隔器压裂技术的应用分析

3.1 优化施工规划

想要保证封隔器分段压裂技术使用的有效性和合理性，油气田的管理人员需要明确其和其他分段压裂技术之间的差异性，明确其优势所在，结合油气田现状将施工规划进行优化调整，提升开采效果，当前在油气田水平井中分段压裂技术及其相应的优势如下：

3.1.1 双封单卡技术

该技术主要可以将其他层段和目的层进行封隔，封隔主要是凭借两级封隔层，在封隔之后，选择喷砂器压裂地层，利用上提压裂多层段。在实际施工过程中的应用优势为，可以更加有针对性的进行压裂操作，工作人员可以通过查看套管出液状况分析封隔器的密封情况，然后结合压裂目标选择相应层段，一趟套管最多可以完成15段的压裂，可以将开采施工成本进行最大限度的降低，并且该技术采用的管柱外径小、结构简单（主要由扶正器、封隔器、安全接头、水力锚、扶正丝堵以及导压喷砂器构成）、长度短，可以顺利通过造斜段，具有良好的反洗性能，对压裂效果和造缝质量起到显著提升的作用。该技术安全高效、先进可靠，对于耐压差80MPa、5½in套管完井、耐温120℃的水平井都有良好的适应性[3]。

图1 双封单卡技术管柱示意图

3.1.2 套管内封隔器滑套

该技术的应用流程为下入射孔枪，将位于趾端处的井段射开之后再将射孔枪提出来，以设计要求为依据，连接管柱再继续下入，直至预定深度，在油管中进行注液和加压工作，坐封多级封隔器，加大压力等级打掉定压滑套，利用这种形式将压裂下部通道打开，第一段压裂结束；第二段压裂则是将底部通道用投球堵住，开放二段通道，后续层段以此类推，在压裂工作结束之后及时进行冲砂、洗井工作，结合开采需求处理压裂管柱。该技术也可以实现15段压裂施工，较为安全可靠，施工效率也很理想，对油气储层的伤害不大，且可以有效降低施工强度和施工成本。适用于低渗透油田的水平井，耐压级别和耐温级别都很高。

3.1.3 裸眼封隔器滑套

该技术是石油行业近几年新兴起的分段压力技术，已经逐渐在油气田工程中得到推广。在压裂过程中利用裂缝的纵向沟通、横向扩展能力实现分段压裂，可以将单井产量进行提升。在实际使用过程中，主要依靠裸眼封隔器，下入管柱之后，压差会座封封隔器，建立压力遮挡，将卡封层进行压裂，然后利用投球将连通通道打开，已压裂的层段可以会被封堵，接着进行上返，实现多段压裂水平段，保证水平段上的处理效果。该技术中的管柱的基本结构有裸眼封隔器、压差滑套、投球滑套、水力锚、回接筒等。其优势在于增产效果良好、综合应用效益较为可观，在致密油气和页岩气藏的水平井中的应用效果显著[4]。

图2 裸眼封隔器滑套管柱示意图

总之，在施工开采规划中，需要以油气田基本条件为基础，做好水平井情况的分析工作，在明确各分段压裂特点与适用情况的基础上，再进行选择，保证该技术应用的有效性。

3.2 设定施工参数

压裂技术应用的主要目的就是更好的开采油气田，保证产能和开采安全，需要管理人员处理好施工参数，保证压裂效果，在该技术的实际应用过程中处理对产能影响较大的裂缝参数。相关研究表现，在油气田水平井生产360天之内不同裂缝条数对其累计产量的影响存在显著的不同，在条件相同的情况下，裂缝条数越多，水平井累计产量就越大，但是随着其数量的增多，产量增加的幅度却在不断降低。这一现象的主要影响因素就是在增加裂缝条数的过程中，裂缝间距会缩小，对彼此的干扰程度会越来越大，导致裂缝总产量增加的同时单裂缝产量会降低，减少增长幅度，需要管理人员结合水平井长度选择合适数量的裂缝。例如，针对600m长度的水平井最好选择4条或者5条的裂缝。

此外，分裂水平井累计产量还会受裂缝长度的影响，随着长度增加其产量也会增加，但是其和裂缝条数存在相同的问题，也就是增幅会缩小，管理人员可以利用信息化建模技术进行虚拟实验，结合油气田特征选择合适的长度参数。例如，在600m长度的水平井中，可以选择120到140的裂缝半长。在确定好裂缝长度和裂缝条数的基础上，管理人员再结合水平井情况，选择合适的裂缝导流能力，组合裂缝位置，提升压裂技术的应用效果，实现最佳化的压裂质量。

3.3 处理压裂设备

压裂设备和辅助压裂技术使用的相关物品的选择，是保证其技术应用效果的基础，以多级封隔器工艺为例，需要管理人员选择合适的压裂液和支撑剂并构建好管柱系统。其中，选择压裂液的基本原则为耐温性和环保性，即压裂液需要有良好的携砂能力且对储层的污染程度较轻，可以采用实验对比法进行选择。在支撑剂的选择上，需要结合主力气层深度、压力情况、密度等进行选择，保证支撑剂符合技术要求，避免支撑剂在使用过程中出现析出现象，防止近井脱砂，产生砂堵现象，保证进行压裂的成功性。

在工具设计上，由于部分水平井井下环境过于复杂，在工具使用上存在一定的风险，如投球之后可能会受到管内阻力的影响，导致在水平井水平段中不能精准到位，或是在位移途中将上级喷砂滑套进行误开等，不能保证顺利开启滑套。压裂管柱的摩阻过大，在下入水平段的过程中难度较大，受磨损影响，座封难以实现等，需要管理人员设计有针对性的工具，根据储层特点优化工具设计和工艺流程。同时，管理人员也需要关注该技术的发展趋势，包括构件研制、系统设计等各个方面，自觉学习先进的技术理论，不断在油气田工程中将其进行应用，优化分裂工艺。

3.4 层段施工设计

在实际进行层段分类施工上，管理人员需要结合层段情况，选择合适注入方式，保证每段的压力梯度、施工排量等数据的合理性。以川西油田XS21井JS21段为例，该技术在其中的应用取得了良好的效果，通过3段压裂，加砂的总规模已经达到了120m2，应用成果显著，其中，对2832～2835m第一段的设计方式为：30.33MPa的加砂压裂压力，结合实际情况计算压力梯度数值为每100米2.4MPa，4.9±1m3／min的施工排量，施工泵注入压力为77～92MPa，加入373m3的压裂液、40±10目的陶粒，36.3MPa的地面停泵压力，停泵时的压力梯度设定为每100米2.69MPa。

对2595到2598米第二段的设计方式为：39MPa的加砂压裂压力，结合实际情况计算压力梯度数值为每100米2.82MPa，4.1m3／min的施工排量，施工泵注入压力为65～72MPa，加入241m3的压裂液、40±10目的陶粒，34.7MPa的地面停泵压力，停泵时的压力梯度设定为每100米2.62MPa。对2402～2405m第三段的设计方式为：4.6m3／min的施工排量，施工泵注入压力为65到81MPa，加入490.6m3的压裂液、40±10目的陶粒，36.6MPa的地面停泵压力，停泵时的压力梯度设定为每100米2.7MPa，应用之后获得良好的增产效果。

4 结论

综上所述，想要在油气田中有效应用水平井封隔器分段压裂技术，需要先明确油气田的基本情况，做好地质勘探等工作，在明确油气田各储层的基本情况之后再选择合适的应用方案，保证应用效果，从而实现安全高效的油气田开发，提升资源开采利用率，提升综合效益。