一种井眼的构造方法及一种利用井眼进行水力压裂的方法技术领域
本发明属于石油工程技术领域，尤其涉及一种井眼的构造方法及一种利用井
眼进行水力压裂的方法。
背景技术
水力压裂是一项广泛应用的油气井增产措施，对提高原油采收率和提高非常
规油气藏开采的经济性起着关键作用。水力压裂通过给井筒内的压裂液加压，使
岩层破裂产生裂缝，并将支撑剂挤入裂缝阻止裂缝闭合，从而令这些裂缝成为地
层流体的渗流通道。
现有的水力压裂技术是在普通的圆形截面的井眼中进行的。一般是在压裂
前，对目标地层进行射孔。在井壁上形成突入目标地层的孔道，以该孔道作为裂
缝起裂和延伸的基础。然后进行井筒封隔，泵入压裂液并加压进行压裂。常用的
射孔方法包括射孔枪射孔和射流射孔两种。这两种射孔方法各自存在一些缺陷：
1）射孔枪射孔方法，是利用射孔弹爆炸产生的定向高温高压射流造孔。因
此，有可能造成孔道周围地层堵塞。同时，由于射孔枪直径必须小于井筒内径才
能顺利下入井筒，因此导致在不同方向上的射孔弹与井筒内壁的距离不一，造成
井筒内壁各方向的射孔质量不一致；
2）射流射孔方法，利用高压喷射的液体射流射穿井壁和地层，在地层中形
成孔道。这种方法在孔道形成后，在液体射流前端会产生涡流，阻碍射孔达到预
定深度，并且会使所形成的孔道的深度变宽，不利于孔道顶端应力集中，影响后
续压裂过程中的裂缝生成和延伸。
采用上述这些现有的射孔方法构建出的普通井眼不能很好的控制裂缝的起
裂方向，并且需要很大的起裂压力。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于水力压裂的井眼的构造方法，所述方
法包括如下步骤：在要进行压裂的目标地层构建圆形普通井眼；将所述普通井眼
中的一部分改造成具有非圆形的截面。
较佳的，所述非圆形的截面为椭圆形、矩形或枣核形。这些形状的边缘轮廓
的一部分或多部分的曲率半径，小于同面积圆形的半径。当在井眼内部施加一定
的水力压强时，在这些曲率半径较小的井壁部位，由于会发生应力集中，因此，
在所述曲率半径较小的部位将承受更大的拉伸应力。并且曲率半径越小的部位，
承受的拉伸应力越大，因此，曲率半径越小的部位会越容易被压裂。
较佳的，将所述普通井眼中的一部分改造成具有非圆形的截面而形成异形井
眼，所述异形井眼包括设置在所述普通井眼的井壁上，并沿着所述普通井眼的轴
向开设的至少两个井壁槽道，其中所述井壁槽道指向压裂裂缝的延伸方向。
较佳的，所述井壁槽道的端部的曲率半径设置为所述普通井眼的曲率半径的
0.02到0.15倍。
较佳的，所述井壁槽道的端部的曲率半径为3mm到10mm。
较佳的，所述井壁槽道的宽度和深度之比为1:5到1:3，并且，所述井壁槽道
的宽度为15mm到30mm，深度为45mm到300mm。
本发明还提供一种利用异形井眼来进行水力压裂的方法，包括如下步骤：
在压裂的目标地层通过所述用于水力压裂的井眼的构造方法来构建异形井
眼；利用该异形井眼进行水力压裂。
根据本发明，用于水力压裂的井眼的构造方法。首先，在要进行压裂的目标
地层构建普通井眼，所述普通井眼截面形状为圆形。其次，在井壁上沿着所述普
通井眼的轴向开设至少两个井壁槽道，其中所述井壁槽道具有一定的截面形状，
由此形成在普通井眼的圆形截面基础上附加有井壁槽道的截面形状的异形形状。
由于井壁槽道的端部曲率半径较小且为3mm，井壁槽道开口宽度与深度的比例为
1:5到1:3。因此，井壁槽道的宽度设为15mm到30mm，深度设为45mm到300mm。
根据本发明，井壁开口宽度最优数值为30mm，深度为90mm。由于，在相同的
井眼内部水力压强下，小曲率半径处井壁承受的拉伸应力较大，可以达到普通圆
形井眼的井壁应力的7倍以上。因此，井壁槽道的槽道端部小曲率半径部位最先
破裂，并且裂缝的延伸方向为小曲率半径部位指向的方向。利用此方法构造的异
形井眼能够很好地控制裂缝的起裂方向、不仅便于施工、节能省耗并且只需要较
低的起裂压力就能实现井壁的压裂，大大降低了作业工具的损坏风险。有效地减
少压裂液漏失，同时减少因压裂液过多侵入地层无法完全返排而造成的储层伤
害。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明异形井眼的内部整体结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
根据本发明，所述用于水力压裂的井眼的构造方法包括在要进行压裂的目标
地层构建圆形的普通井眼的步骤。所述普通井眼为圆形。容易理解，由于构建普
通圆形井眼是本领域技术人员所熟知的，因此在本发明中不再详述。
根据本发明中的用于水力压裂的井眼的构造方法还包括将所述普通井眼中
的一部分改造成具有非圆形的截面的步骤。根据本发明，所述非圆形的截面为椭
圆形、矩形或枣核形以及不规则形状。在一个具体的实施例中，将所述普通井眼
中的一部分改造成具有非圆形的截面而形成异形井眼。所述异形井眼包括设置在
所述普通井眼的井壁上，并沿着所述普通井眼的轴向开设的至少两个井壁槽道。
其中，所述井壁槽道指向压裂裂缝的延伸方向。
其中，所述井壁槽道具有一定的截面形状。开槽后，普通井眼的截面不再是
圆形，而是在圆形截面的基础上附加槽道截面形状的异形形状。在本实施例中，
最优选的异形形状为不规则形状，即在普通井眼的基础上附加一条或者多条井壁
槽道，由此形成截面具有异形形状的异形井眼。
请参阅图1，其为本发明异形井眼的内部整体结构示意图。如图所示，根据
本发明，根据上述用于水力压裂的井眼的构造方法所形成的异形井眼10的整体
结构包括普通井眼1和井壁槽道2。其中，普通井眼1的截面形状为圆形，井壁
槽道2的槽道端部3的曲率半径为普通井眼1的井壁曲率的0.02倍到0.15倍。
井壁槽道2的条数可以是两条或者多条，可根据该异形井眼的10的具体应
用情况而定。所述井壁槽道2沿着水平方向突入井壁，并沿着普通井眼1轴向延
伸。所述井壁槽道2的长度最优可为30m。若井壁槽道2的尺寸过长，则井壁的
刚度可能无法保证，因此可能会对井下作业造成困难。故此，井壁槽道2的长度
可设为30m。所述井壁槽道2的开口宽度和所述井壁槽道2突入井壁的深度成比
例。根据本发明，所述宽度和深度的比例范围可为1:5到1:3。宽度设为15mm到
40mm，深度设为45mm到300mm。在本实施例中，所述井壁槽道2的开口宽度
最优设为30mm，突入井壁的深度最优设为90mm。由此，井壁槽道2的槽道端
部3可获得较大的起裂应力，从而使该处优先破裂。
根据本发明，由于槽道端部3所承受的拉伸应力随着槽道端部3的曲率半径
的减小而增大，因此，槽道端部3的曲率半径的优选范围为3mm到10mm。当所
述槽道端部3的曲率半径设为3mm，所述普通井眼1的井壁内径设为150mm时，
则槽道端部3所承受的拉伸应力为普通井眼1所承受的拉伸应力的7倍以上，因
此，井壁槽道2的槽道端部3的小曲率半径部位优先破裂，裂缝的延伸方向为所
述小曲率半径指向的方向。由此，有效的控制了井壁的起裂部位以及裂缝的延伸
方向。因此，利用该异形井眼10进行压裂时，能够获得设计所需的裂缝及其延
伸方向，并且大大的提高了水力压裂的质量。
根据本发明，所述异形井眼10可在较小的水力压强下实现压裂，这是因为
由于异形井眼10中的井壁槽道2的槽道端部3的曲率半径较小，因此可以获得
较大的局部应力。进而，在异形井眼10中施加的水力压强不需要达到井壁破裂
所需的压强，只需要井壁槽道2的槽道端部3的小曲率半径处获得的拉伸应力达
到井壁破裂所需的压强，就能实现水力压裂。并且，所述用于水力压裂的井眼的
构造方法不仅可以很好地控制起裂方向和所要设计的异形井眼10的形状，而且
便于施工、节能省耗，只需要较低的起裂压力就能实现井壁的压裂，大大降低了
作业工具的损坏程度，有效地减少压裂液漏失以及减少因压裂液过多侵入地层无
法完全返排而造成的储层伤害。
根据本发明，利用所述异形井眼10进行水力压裂的具体过程如下。首先，
在要进行压裂的目标地层构建一个普通井眼1。所述普通井眼1的截面形状为圆
形。其次，在普通井眼1的侧面开设至少一条井壁槽道2，其中，井壁槽道2具
有一定的截面形状，由此形成了具有异形截面的异形井眼。接下来，在井壁槽道
2的前后端的普通井眼1进行井筒封隔。然后，对已封隔的井段施加水力压强，
由于槽道端部3的曲率半径较小，因此此处的井壁所承受的拉伸应力为普通井眼
所受拉伸应力的7倍。之后，在井壁槽道2的槽道端部3的小曲率半径处开始产
生裂缝，并且裂缝的延伸方向为槽道端部3指向的方向。由此，可以完成所要求
的压裂施工。
容易理解，由于上述水力压裂构造成异形井眼后的其它工序为本领域技术人
员所熟知的，因此在本文中不再详述。
在水力压裂工艺过程中，由于采用了通过所述用于水力压裂的井眼的构造方
法，因此，可以获得设计所需的异形井眼10，并且所述异形井眼10可很好的控
制井壁裂缝的起裂方向。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。