2.5 　分段压裂关键配套工具

　　针对水平井裸眼、套管等不同完井方式下分段压裂的需求，研制开发了裸眼封隔器滑套分段压裂工具、泵送桥塞分段压裂工具及水力喷射分段压裂工具等3 种分段压裂关键配套工具 。

　　1） 裸眼封隔器滑套分段压裂工具

　　研制开发了裸眼封隔器、井下隔离阀、压差式打开滑套、投球式打开滑套、憋压球、投球控制装置、插管封隔器、插入装置等裸眼封隔器滑套分段压裂工具，其技术性能参数为：适用井径为149.2 ～ 155.6 mm（5 7／8″ ～6 1／8″） ；球座级差为3.175 mm（1／8″） ；密封能力为70 MPa ；耐温120 ℃ 。该工具已经在胜利油田、红河油田和大牛地气田等20 多口井进行了成功应用，成功率100％ ，单井最大压裂段数12 段，最大加砂量873畅0 t 。目前，中国石化已具备了一趟管柱实现20 段以上分段压裂的施工能力。

　　2） 泵送桥塞分段压裂工具

　　研制开发了易钻桥塞复合材料、坐封工具、井口带压作业装置以及压力导通式多级射孔联作装置等配套工具。该分段压裂工具适用于套管内分段压裂，其坐封力达到115 kN ，丢手力达到150 kN ，耐上压差75 MPa ，耐温120 ℃ ，可实现5 簇以上的簇射孔，综合性能达到国外工具同等水平。易钻桥塞分段压裂工具在江汉油田、中原油田等油田10 多口井进行了现场应用，成功率100％ ，钻塞时间30 ～ 40 min 。

　　3） 水力喷射分段压裂工具

　　该工具将水力喷射技术和滑套工具相结合，把带滑套的水力喷射工具串一趟管柱下入井中，投球打开各级滑套实施分段压裂。目前已形成114.3 、127.0 、139.7 和177.8 mm （ 4 1/2″ 、5″ 、5 1/2″ 和7″） 等工具系列，139.3 mm（5 1/2″）工具一趟管柱可实现8 段压裂，177.8 mm（7″）工具一趟管柱可实现14 段压裂，单段加砂量40 ～ 50 m3 。水力喷射分段压裂工具在20口水平井进行了成功应用，成功率100％ ，有效率100％ ，单井最高压裂8 段。

　　2.6 　滑溜水压裂液体系

　　中国石化以自主研发的高效减阻剂为基础形成了滑溜水压裂液体系，降阻率达到78％ ，抗温能力达到120 ℃ ，黏度2 ～ 30 m Pa · s ，储层伤害率小于10％ ，易返排，综合性能达到国外产品同等水平。该体系已经在焦页HF 1 井、元页HF 1 井、彭页3HF井及涪页3 2HF 井等页岩气水平井进行了成功应用。其中，焦页1HF 井完成15 段压裂，减阻率达70％ ～ 78％ ，携砂性能好，有11 段砂液比超过12％ ，最高砂液比为18％ 。

　　2.7 　水平井分段压裂配套技术

　　针对页岩气水平井压裂的特点，中国石化对分段压裂优化设计、分段压裂工艺、裂缝监测和压后评估等技术进行了专题攻关研究，初步形成了页岩气水平井分段压裂配套技术，并在涪陵、元坝、彭水等区块先后完成了20 多口水平井的分段压裂设计、施工作业及压后评估分析，应用效果良好。尤其值得指出的是，就目前的压后评价结果而言，初步判定中国石化涪陵焦石坝区块页岩气水平井压裂后大部分形成了复杂裂缝甚至网络裂缝，因此，大范围的三维网络裂缝的形成是页岩气井压后获得高产的重要因素。

　　1） 页岩气分段压裂优化设计技术

　　以形成远井网络裂缝，增加有效改造体积，实现有效压裂为目标，研究形成了页岩气分段压裂优化设计技术。

　　a.压裂设计流程。从储层特征评价入手，结合完井质量，初步确定射孔方式、分段压裂工艺和压裂液体系，再根据压前储层测试评价结果，对储层进行再认识，对分段压裂工艺和压裂液性能进行进一步优化。

　　b.压前储层测试评价。微注压裂测试：利用0.16 L／s 的小排量、泵入体积约4 m3 的压裂液、获取预压储层的渗透率、地层压力等参数。微型压裂测试：应用主压裂排量，泵入一定体积的压裂液，在获取摩阻、闭合应力、近井筒裂缝弯曲摩阻及天然裂缝发育情况的同时，产生适当大的诱导应力，降低水平应力差值，为主压裂实现三维网络裂缝充分延伸提供条件。

　　c.施工参数设计原则。对于塑性地层，遵循两高一低（高黏度、高砂比、低排量）的设计原则；对于脆性地层，遵循三高两低（高排量、高液量、高砂量、低黏度、低砂比）的设计原则 。

　　d.网络裂缝参数优化设计方法。该设计方法充分考虑网络裂缝控制因素（即足够高的脆性矿物含量、较低水平应力差异、天然裂缝／诱导缝发育及其与主应力的夹角较小、足够高的裂缝内净压力等） ，应用渗流干扰与诱导应力干扰的耦合模型来设计施工参数，优化裂缝参数，同时应用形成的主裂缝与天然裂缝交互沟通的裂缝网络模型来增大改造体积。

　　e.返排设计。采取预置网络裂缝的方法，先模拟压后排液初期的含水饱和度分布和压力分布，然后模拟排液期间压裂液的返排规律及气液两相流规律，通过考察地质参数、裂缝参数及排采参数等13个参数与返排率、见气时机及峰值气量出现的时间等关系，以实现最佳的压后排采效果为目标，优化排采时机及排采制度。

　　2） 分段压裂工艺

　　与3 种压裂完井配套工具相结合形成了3 项分段压裂技术，即泵送桥塞分段压裂技术、裸眼封隔器滑套分段压裂技术和不动管柱水力喷射分段压裂技术。

　　3） 水力裂缝监测技术　引进了美国Haliburton公司Pinnacle 裂缝测斜仪与法国Vinci 公司Simfrac 微震仪，形成了水力压裂裂缝监测技术，为页岩油气储层水力裂缝监测、压裂设计与施工的优化与评估奠定了基础。

　　a.测斜仪裂缝监测技术。在压裂井周围地面和邻井（与施工井间距小于500 m）井下多点处放置测斜传感器，测量压裂导致的地层倾斜及岩石变形，通过地球物理反演，确定造成大地变形场的压裂参数，解释出裂缝形态及尺寸，可用于井深3 500 m 以浅地层裂缝监测。该技术已在华北大牛地丛式井组的3 口井进行了应用，其中2 口井为同步压裂，裂缝解释结果可靠，与同时采用的微地震监测解释结果基本一致。

　　b.Simfrac 微震仪裂缝监测技术。由测井车将微震仪下入到施工井压裂施工层位的下方，由地面压力泵注入清水，待地层压开后停泵，等待地层闭合，监测地层闭合过程中产生的P 波和S 波，处理软件对微地震事件进行处理、成图，得到裂缝的分布方向和尺寸，也可下入观测井中对压裂施工产生的裂缝进行监测。