我国的油气资源勘探开发呈现出新油田油藏类型越来越复杂、老油田挖潜难度越来越大的现状,如何提高油田的开发效益,最大程度的提高油田采收率已经成为石油行业共同追求的目标。近几年国内原油新增储量的70%属于低渗透油藏,开采方式、油井生产动态表现出特殊性。实现储量的有效动用,大幅提高单井产量是开发低渗透油田急需解决的问题。水平井作为薄储层、低渗透、稠油油气藏、小储量边际油气藏等的油藏开发最有效手段之一,由于其能够增大油藏的泄油面积,改变流体在油藏中的渗流机理和方式,大幅度提高单井产量,目前已广泛应用于整装、断块、边底水、稠油、低渗透、特殊岩性等油藏。特别是在复杂断块、稠油、低渗透等边际油田的开发中发挥了重要作用,其应用比例高达60%以上。我国也是煤层气资源较为丰富的国家之一。根据新一轮全国煤层气资源评价结果,中国五大聚煤区,39个含煤盆地,68个聚煤单元煤层气资源量为36.8×1012m3,与陆上常规天然气资源量基本相当。截至2012年底,累计获得煤层气探明地质储量1180×108m3,含气面积691km2。2012年3月,国土资源部发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果》,称中国页岩气可采资源潜力为25.1万亿立方米,超过美国的24.4万亿立方米。美国页岩气的成功开发让我们认识到,在技术和装备水平不断进步的情况下,极低孔隙度、极低渗透率的油气资源也是能够被经济开发和利用的。低孔隙度、低渗透率地层中存有资源,这一点一直以来我们都知道,但并不认为有经济利用价值。而随着技术装备水平的进步,特别是水平井压裂技术的应用,使其具备了经济利用价值,成为可以被利用的资源。水平井压裂增产改造技术在国外从20世纪80、90年代开始研究,起初是对油气井的水平段进行笼统压裂改造。2000年以后,伴随水平井的规模现场应用,和页岩气、致密气、致密油等非常规油气资源的大规模开发,许多发达国家开始着手尝试水平井分段压裂改造技术的研究。经过十几年的发展,现在已经形成比较完善的、可适应不同井下条件的水平井分段压裂增产技术。目前现场应用较多的水平井分段压裂技术主要包括水平井水力喷射分段压裂技术、水平井双卡上提压裂多段技术、分段环空压裂技术、液体胶塞隔离分段压裂技术、机械桥塞隔离分段压裂技术、限流压裂技术。本文就目前应用较多的水平井压裂技术的工艺原理做了逐一阐释,分析对比了各个技术存在优缺点以及在现场应用的过程中也显现出诸多技术问题。探讨了水平井压裂技术的未来发展方向。从而引出了一种高效、工艺简单、井下工具少、成本较低的水平井分段压裂改造技术即,套管完井水平井分段压裂工艺及配套工具研究。给出了三种关键配套工具：压裂球、套管压裂短接、投球器的材料选择和现场应用将会遇到的技术性问题。对压裂球的工作特点其提出三个基本要求：密度要小,在排液时不需很大的排液量就能被顺利的排至井口；耐压高,坐在套管压裂短接上要能耐住压裂液对其施加的压力,同时还要保证密封。压裂球材料的选择方面,本文提出了几种备选工程塑料,ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PS(聚苯乙烯)、ASA(丙烯酸酯类橡胶体与丙烯腈、苯乙烯的共聚物)、HDPE(高密度聚乙烯)等。讨论了它们各自的机械性能和优缺点。挑选了密度为1.4g/cm3、1.08g/cm3和0.96g/cm3的压裂球进行室内试验。分析了压裂球在流体中的受力情况,给出每种力的数学表达式,建立了压裂球在返排过程中的运动方程并依此用C#语言编写了计算返排速度的程序。选取不同密度、直径的压裂球和不同的排量计算,得到了返排液排量和球速的关系,并据此结果对压裂球密度的选择提供了指导依据。给出了该水平井分段压裂管柱技术的套管压裂短接的设计图,介绍了与一般完井套管的差别。对压裂短接材料提出可选方案,即铝合金材料和合金钢材料。详细介绍了两种材料的分类、性能、加工及使用情况,分析对比了两者作为该工艺关键部分的使用性。最终选择了35CrMo作为最终内套的使用材料。讨论了套管在井下的挤毁问题,计算了51/2”套管不同钢级、内径的抗挤强度。介绍了目前射孔枪尺寸的种类,并讨论了射孔枪与内套的匹配问题,并由此对套管内通径提出可行性要求。对内套密封圈材料作了详细介绍,指出了氟橡胶密封圈作为压裂球坐封工具的可行性。给出了地面投球器的设计图,介绍了其使用原理。按国内目前的技术水平,各套管压裂短接最小内径的级差6mm是比较安全的标准,有报道称美国某技术服务公司已做到4mm级差。为了更加安全起见,我们以8mm作为级差,最底端的套管压裂短接的内通径为76mm,这样对于51/2”寸完井套管,一趟水平井完井管柱可以下入6套套管压裂短接,最大内通径的套管压裂短接内径为116mm,可以实现分7段压裂。