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(xiàn)場應用與國外還有一定差距。長慶油田經過實驗室試驗、優(yōu)化設計和現(xiàn)場施工作業(yè)，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(jù)伯努利方程，把壓能轉變?yōu)閯幽�，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(huán)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(guī)的水力壓裂，關閉套放閘門，按照設計環(huán)空排量或環(huán)空最高壓力所允許的最高泵速由環(huán)空泵入胍膠基液，按照設計由油管的泵入交聯(lián)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(yè)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(yè)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(wěn)定性好;井下工具耐壓、耐溫、密封性能滿足不同區(qū)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(jù)以上要求，水平井水力噴射分段壓裂鉆具主要萬向節(jié)、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(jù)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(guī)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(yōu)化方案初探
裂縫系統(tǒng)優(yōu)化研究 水平井壓裂水力裂縫特性均影響壓后效果，應優(yōu)化水平井水力裂縫系統(tǒng)，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(shù)增加，產量增加，但是增加的幅度變小，裂縫條數(shù)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(jù)實際的儲層狀況進行優(yōu)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(shù)。根據(jù)優(yōu)化模擬計算：裂縫長度為100~150m。
壓裂設計優(yōu)化研究 水力噴射分段壓裂設計與傳統(tǒng)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(huán)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(shù)、孔密等。
單井優(yōu)化及現(xiàn)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(fā)的發(fā)展和推廣應用具有重要的價值。
優(yōu)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(jù)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(yōu)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(yè)，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(jù)該井的情況和借鑒該試驗區(qū)壓裂水平井數(shù)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(yè)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(xù)抽汲3個班，試油產量穩(wěn)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(fā)生率�？傊�，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(fā)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(fā)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。
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