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國內的水平井分段改造技術目前還處于探索階段，雖然各油田均有研究與試驗，但理論研究及現場應用與國外還有一定差距。長慶油田經過實驗室試驗、優化設計和現場施工作業，在水平井改造方面取得了可喜成績，逐步形成一套有效的特低滲透油氣藏水平井改造配套工藝技術。

水平井水平段分段壓裂是獲得較好改造效果的前提，其工藝技術難點在于分段壓裂工藝方式選擇。目前水平井分段壓裂工藝技術方法主要有化學方法、機械方法和水力噴射分段壓裂等方法，比較而言，水力噴射分段壓裂方法施工可控性搞，施工風險小，可用于裸眼、篩管與套管等完井方式，一趟管柱可進行多段壓裂，縮短施工周期，有利于降低儲層傷害，施工效率得到大幅提高。

水力噴射分段壓裂技術研究

技術原理：水力噴射分段壓裂技術原理是根據伯努利方程，把壓能轉變為動能，油管流體加壓后經噴嘴噴射而出的高速射流(噴嘴噴射速度大于126 m/秒)在地層中射流成縫。水力噴砂射孔后，接著提高排量，在已射開孔上下部的井眼中產生負壓值形成隔離，高速流體在地層巖石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，產生高于地層破裂壓力的壓勢，在地層中造出一條裂縫(如圖1所示)，然后加砂壓裂。

工藝研究：水力噴射分段技術是由水力噴射、水力壓裂(油管注入)和環空組合注入、注液體封堵劑四種工藝技術組合而成的，具體的工藝如下：①通井和洗井；②向井筒內下入水力噴射分段壓裂鉆具；③水力噴砂射孔，先泵入基液和攜砂液（切割階段），當攜砂液距噴嘴250m左右時，迅速提升泵速以確保獲得切割射孔所需的足夠的壓差；④在噴砂射孔2-3min后，頂替；⑤常規的水力壓裂，關閉套放閘門，按照設計環空排量或環空最高壓力所允許的最高泵速由環空泵入胍膠基液，按照設計由油管的泵入交聯胍膠和砂；⑥壓后放噴，沖砂；⑦向井筒內注入液體暫堵劑；⑧上提鉆具。

上提鉆具至設計位置，壓裂下一層，重復③~⑥步。

一套水力噴射壓裂鉆具和一套壓裂機組，這個工藝過程就可重復多次，如圖2~5所示。在最后一個壓裂作業結束后，壓裂鉆具被起出，然后清洗井筒，準備抽汲。

水力噴射分段壓裂鉆具研究 水平井井下作業風險大、周期長、遇卡機率高，所以在設計水力噴射分段壓裂鉆具時，井下工具設計要求盡可能簡化，可操作性好；在噴射和壓裂過程中，要求工具定位準確、穩定性好；井下工具耐壓、耐溫、密封性能滿足不同區塊儲層的壓裂要求；噴射器工作壽命必須能夠滿足一趟管柱壓裂兩段以上的要求。

根據以上要求，水平井水力噴射分段壓裂鉆具主要萬向節、偏心定位器、噴射器、球座等關鍵工具組成，鉆具組合如示意圖6所示。

水力噴射器(如圖7所示)的噴嘴由加入鉬的特殊等級碳合物的材料制成，孔眼根據設計要求被放置在幾個平面上，針對不同地層的噴嘴尺寸可以不同，在某些地層中，噴嘴外徑達到了3.68"，內徑則為1.99"，噴嘴具有超大的壁厚以保證使用壽命。噴嘴的作用是產生高速射流，射開套管并在地層內形成噴孔，采用螺旋式布孔。

萬向接(如圖8所示)的作用是保證壓裂工具能順利通過井眼軌跡不規則井筒，與偏心定位器配合調整噴射方位，使之與設計方位一致。

偏心定位器(如圖9所示)利用偏心原理，當液流以較高速度流經偏心定位器時，在壓力作用下，產生向上的作用力，推動定位器旋轉并定位。

水力噴射分段壓裂設計優化方案初探

裂縫系統優化研究 水平井壓裂水力裂縫特性均影響壓后效果，應優化水平井水力裂縫系統，以盡量提高壓后產能。由于地應力方位的復雜性以及射孔段長度等對裂縫起裂的影響，水平井井筒方位很難做到與最小主應力方向平行或垂直，一般存在一定角度的夾角。理論研究表明：隨著裂縫條數增加，產量增加，但是增加的幅度變小，裂縫條數為3~5條最佳，但水平井究竟需要多少條裂縫與之匹配，須依據實際的儲層狀況進行優化。增加裂縫長度有利于提高單井產量，但這里還要考慮經濟效益等其它多方面因數。根據優化模擬計算：裂縫長度為100~150m。

壓裂設計優化研究 水力噴射分段壓裂設計與傳統的壓裂設計有很大的不同，需要控制和評估兩種主要的液體的流量；需要兩種獨立的泵注程序；需要控制流體的流速，以保證環空壓力符合壓裂施工的要求。此外，還需要設計造縫的位置、造縫點的間距、水平段的射開段數、孔密等。

單井優化及現場應用 截至2007年9月，長慶油田先后在11口井成功實施水力噴射分段壓裂改造，其中2007年8月2日至6日，在吳平x井成功改造壓裂4段。該項工藝的成功，為長慶特低滲儲層改造技術拓展了技術思路，特別是對水平井開發的發展和推廣應用具有重要的價值。

優化設計 吳平x井為一口水平采油井，水平段長度為400.5m，水平段井眼軌跡如圖10所示。根據電測解釋結果，莊平3井累計鉆遇油層總厚度為259.4m；油層段電測孔隙度10.52～14.75％，平均12.75％；油層段電測滲透率1.5～6.88×10-3μm2，平均4.55×10-3μm2。該井優化設計為：對該井采用水力噴射分段壓裂技術進行改造，下兩趟噴射壓裂鉆具完成四段油層的射孔、壓裂一體化作業，噴點位置依次為2525.0m、2450.0m、2348.0m和2194.0m(井下工具的位置如圖11所示)。

根據該井的情況和借鑒該試驗區壓裂水平井數值模擬分析：設計該井壓裂四段，設計加砂35.0+25.0+25.0+35.0m3，設計砂比35.7+34.8+34.8+35.7％，油管設計排量2.0+1.8+1.8+2.0m3/d，套管設計排量0.67+0.6+0.6+0.67m3/d。壓裂改造分兩次施工，壓完下面兩段后，起鉆換鉆具，然后再壓上兩段。

應用效果明顯有推廣價值

水力噴射分段壓裂工藝在該井僅用5天完成4段壓裂，分兩次施工，與其它工藝方式（封隔器、橋塞、填砂、膠塞）相比，施工效率大幅度提高。

第一段加砂35.0m3，砂比40.1％，第二段加砂25.0m3，砂比37.7％，第三段加砂25.0m3，砂比37.6％，第四段加砂35.0m3，砂比38.6％，四段共加砂120.0m3。四段施工非常順利，施工壓力都在作業設備壓力保護范圍內。每一段都有很明顯的破裂壓力，說明每一段都得到了獨立的改造。施工排量、施工壓力、加砂量都達到設計要求，說明該井的壓裂設計完全符合該井的情況，分段壓裂技術改造是成功的。

效果評價：吳平某井連續抽汲3個班，試油產量穩定，平均日產純油25.93m3，是鄰井(壓裂直井)試油產量的3.4倍，取得了良好的經濟效益。

從試油改造周期來看：封隔器、橋塞、填砂、膠塞改造該井4段，至少需要10天以上，而采用水力噴射分段壓裂技術，簡化了施工程序，只用了5天就完成了該井改造，極大的縮短改造時間，減小井筒內的外來液體對地層的污染。水力噴射孔分段壓裂鉆具結構簡單，降低井下復雜事故的發生率。總之，水力噴射孔分段壓裂簡化了施工程序，縮短了試油施工周期，降低了開發成本。

水平井水力噴射分段壓裂技術是集射孔、壓裂的增產措施工藝，施工方便簡捷，施工周期短，對地層傷害小，降低了開發成本，改造有效性強，改造效果好；水力噴射分段壓裂工藝在吳平某井等11口井壓裂改造的成功， 為今后水平井分段壓裂技術改造提供經驗和技術支持；水力噴射器的噴嘴磨損比較嚴重(美國噴嘴一直保持比較好的抗磨性能，出口直徑幾乎沒有變化)，它的磨損限制了噴射器的壽命，一趟水力噴射分段壓裂鉆具只能壓裂2段，建議進一步對噴嘴的材料進行研究，增強噴嘴的抗磨損，爭取一趟鉆具壓裂改造完一口水平井。