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摘要：在石油钻井工程中，水力压裂技术是通过高压将处理液注入地层中，形成细小的裂缝，减小井底附近地层渗流阻力，是钻井工程中重要的工程技术。本文介绍了常见水力压裂工艺，对水力压裂工艺在实际工程中的应用进行了分析，并探讨了水力压裂技术未来发展方向。

关键词：水力压裂；钻井工程；重复压裂；水平井压裂；定向井压裂

一、水力压裂工艺与技术概述

水力压裂技术，是指在石油钻井过程中，在地层中形成高导流裂缝，降低井底附近地层渗流阻力，从而改变近井地带流动状态，使得油井增产成为可能。20世纪40年代，水力压裂技术在美国试验成功并投入油气井应用。我国自20世纪70年代开始该技术的大规模应用，到目前为止已有约30年历史。近年来，我国新增原油储量大多属于低渗透油藏，受岩性致密，流动阻力大，生产压差大等因素影响，造成油井产能较低，通过水力压裂这一钻井技术的有效应用，能够显著增加油井产量，有效提高石油可采储量。

随着时间的推移，水力压裂技术在压裂设计、压裂设备、压裂过程模拟等方面都有了明显进步，目前在石油钻井过程中应用比较成熟的水力压力工艺和技术主要包括：重复压裂工艺、水平井压裂技术、定向井及大斜度井压裂技术等。

二、水力压裂技术在石油钻井工程中的应用

2.1 水力压裂技术实施过程

在石油钻井工程中，水力压裂主要过程如下：首先将压裂管柱下入井下，在要处理的层段下入封隔器，并且使封隔器做封，形成一个有效的作业空间；然后，在地面上将前置液注入到井下，在前述形成的密闭空间中憋起高压。当高压压力大于地层的破裂压力时，就会在地层中形成裂缝。随着前置液不断地加入，裂缝将向远端延伸。待裂缝延伸到一定程度，将支撑剂经过携砂液的携带带入井下，进入裂缝中充填。同时，顶替液将井筒中的携砂液也顶替到裂缝中，裂缝被支撑住以后，通过破胶使得压裂液返排回地面。经过以上操作，地层中将形成一条高导流通道，地层的流体通过这条通道生产到地面。

2.2 常见水力压裂技术应用

（1）重复压裂技术 油井完成首次压裂后，受时间等因素的影响，会造成产量降低。通过实施二次或二次以上压裂，即重复压裂，能够有效提高裂缝导流能力，从而实现增产增收。在原有裂缝上压出新裂缝、继续延伸原有裂缝、裂缝转向重复压裂技术是目前常用的三种方式。这三种方式针对裂缝闭合、裂缝堵塞、低渗层含水率增加等问题，能够起到改善出油剖面、疏通裂缝堵塞或增加压裂规模、实现堵水和增加采油量等作用。

重复压裂技术实施关键在于选井选层技术应用、在二次压裂前对储层地应力场变化的预测、对实施二次压裂后裂缝的模拟诊断以及压裂优化设计等。

（2）水平井压裂技术 目前常用技术有限流压裂和分段压裂等。限流压裂通过低密度射孔、大排量供液，形成足够的炮眼摩阻，使井筒内保持较高的压力，从而达到连续压开一些破裂压力相近层的目的。其降低了压裂工具在水平井段内被卡住的风险，更具经济性和有效性。分段压裂应用相对更为广泛，其方式也更为多样，主要有化学隔离法分段压裂、水力喷砂法分段压裂、机械封堵法分段压裂等。

决定水平井压裂能否取得成功的关键因素是裂缝的起裂及延伸。因此，在实施水平井压裂时，应当首先对射孔进行优化设计，精确计算排量、摩擦、阻力之间的变化关系，再根据排量需求选取孔眼数量，从而形成完善的预测模型。

（3）定向井压裂及大斜度井压裂技术 与直井相比，定向井压裂需要的泵压更高，且极易发生砂堵，因此，定向井的水力压裂效果相较直井更差，施工难度也大大增加。为实现工作目标，一般做法是增大压裂液的粘度、降低施工排量，及降低射孔层段高度等。受油气田开发需要，实践中大斜度井的比例逐渐增加。由于倾斜角度较大，大斜度井压裂中易出现破裂压力和施工压力高等情形，也意味着斜井压裂中存在复杂裂缝。通过在施工过程中加入前置液，进而降低近井摩阻损失，能够有效降低施工压力，从而提高施工成功率。

三、水力压裂技术在石油钻井工程中的应用实例

水力压裂技术在石油钻井工程中应用广泛，并且随着水力压裂技术的进一步发展，各类工艺方法也得到创新应用。

以Y油田为例。2016年7月，该油田其中一油井油层组4793.0～4830.5m进行首次压裂，804天后压裂效果下降。2018年9月，该油井日产液量降至3m3，日产油1.8t，后采用逆混合结合多级暂堵转向重复压裂工艺，实现增产超过2600t，常规重复压裂中存在的有效期短，增产效果难以维持等问题得到改善。

另有C油田属于典型的低压致密储层，2012年采用水平井水力喷砂技术实施油井压裂，初期单井产量可达8-10t，后期措施效果下降较快。2020年5月，实施重复压裂前，该油井日产液9.0m3，日产油3.2t，含水58.2%，创新应用φ114.3mm套管及热固树脂环空封固技术等途径重造井筒，缩短实施重复压裂工期，降低了施工费用。实施重复压裂后，试验油井日产油15.4t/d，含水29.4%，累计增产1827t。

四、石油钻井工程中水力压裂技术的发展方向

随着低渗透油藏广泛出现，水力压裂技术在石油钻井工程中的应用前景更加广阔。未来，水力压裂技术主要发展方向有以下几个方面：（1）应用科学的可视化水力压裂模型，对水力裂缝进行直观模拟及有效监测，控制水力裂缝规模，结合油气藏模拟分析技术，提出合理高效的开采计划，提升开采效率。（2）随着石油开采向低渗、深层开采发展，以水作为介质的水力压裂方式存在成本较高、耐高温性能差、易污染地下水等问题，因此，无水水力压裂技术将得到发展。（3）随着双碳目标的提出，石油开采行业作为碳排放的重点领域得到关注。水力压裂技术在低碳转型方面也逐步发挥作用，主要体现在压裂设备的电气化及二氧化碳前置增能压裂上。

五、结语

综上所述，水力压裂技术在石油钻井工程中的重要作用是显而易见的。水力压裂技术通过降低井底附近地层导流压力，提高了低渗透油藏的出油效率，同时也对生产成本的降低起到了推动作用。随着时间的发展，水力压裂技术日臻成熟，但是，由于现场环境的复杂性以及钻井工程的特殊性，水力压裂技术将进一步发展，为低渗透油藏开采做出贡献。

参考文献：

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（作者单位：中石油川庆钻探长庆钻井总公司第四工程项目部）