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在全球進(jìn)入了難動(dòng)用儲(chǔ)量開發(fā)時(shí)代的背景下，我國主力油田均面臨著低滲透、超低滲透開發(fā)難題，同時(shí)，也迫切地需要在非常規(guī)儲(chǔ)量上尋求突破。壓裂改造技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，正成為破解當(dāng)前難題及今后發(fā)展的關(guān)鍵，也成為中國壓裂技術(shù)發(fā)展的未來。

壓裂改造技術(shù)面臨五大挑戰(zhàn)

目前我國在儲(chǔ)層改造技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用上，主要面臨五大難題。

一、儲(chǔ)層改造對(duì)象越來越復(fù)雜，儲(chǔ)層改造技術(shù)需要不斷挑戰(zhàn)極限。目前國內(nèi)低滲透致密砂巖儲(chǔ)層的超深井壓裂已經(jīng)超過7000米，碳酸鹽巖儲(chǔ)層的酸壓及水力壓裂也已經(jīng)在5000米以上，施工壓力達(dá)到130MPa，地層溫度更高，從180℃提高到200℃，這些因素對(duì)壓裂設(shè)備、井下工具、壓裂酸化材料、井口及管柱的耐壓、耐溫能力等提出了更高的要求。

此外，有效動(dòng)用儲(chǔ)量下限不斷降低，儲(chǔ)層的滲透率不斷下降。“十一五”前，采用應(yīng)用開發(fā)壓裂、井網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)等技術(shù)，滲透率長慶油田的滲透大約在1.0～2.0mD，吉林、大慶油田在5.0～10mD，“十一五”后三年，由于采用了提高增產(chǎn)有效期壓裂、提高縱向和平面動(dòng)用程度的壓裂、超前注水等技術(shù)的應(yīng)用，長慶油田的動(dòng)用下限下降到0.5～1.0mD，吉林和大慶下降到1.0～5.0mD。目前長慶油田通過直井多級(jí)壓裂、水平井分段壓裂技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用，動(dòng)用0.3mD的超低滲透儲(chǔ)層，吉林和大慶則在動(dòng)用1mD以下儲(chǔ)層。目前對(duì)于小于0.1mD的致密油氣以及0.0001md以下的頁巖氣儲(chǔ)層，目前正在探索試驗(yàn)體積改造技術(shù)。

二、致密砂巖油氣藏具有顯著的多薄層特點(diǎn)，需要進(jìn)一步提高縱向剖面的動(dòng)用程度。自2010年后，中國致密氣標(biāo)準(zhǔn)形成，儲(chǔ)層改造技術(shù)的研究思路及改造模式需要從低滲走向致密，這對(duì)如何實(shí)施細(xì)分小層壓裂提出了新的挑戰(zhàn)。

按照新評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如果對(duì)縱向可動(dòng)用小層均能實(shí)現(xiàn)有效改造，則將進(jìn)一步提高單井產(chǎn)量，增加可采儲(chǔ)量。例如蘇里格致密氣藏，通過對(duì)37口井的重新解釋，共新增氣層45層共計(jì)156.2米，解放了大批致密氣層。目前我國滑套封隔器能夠?qū)崿F(xiàn)7層分層，雙封單卡工具可以干到8層，連續(xù)油管水力噴射分層壓裂技術(shù)目前我國還處于試驗(yàn)應(yīng)用階段，未能成為主流技術(shù)，多分支井及多分支水平井分段壓裂也才剛起步。而國外致密氣應(yīng)用最為廣泛的滑溜水壓裂技術(shù)，在中國的致密氣基本上未能有效開展。

三、借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，建立我國致密油的有效開發(fā)模式還需時(shí)日。北美致密油儲(chǔ)層基本上以衰竭式開采為主，而中國的低滲透油田一直使用注水開發(fā)的模式。開發(fā)模式的不同，對(duì)儲(chǔ)層改造技術(shù)提出了不同的要求。目前借鑒北美體積壓裂技術(shù)思路，在長慶、吉林、新疆、大慶等油田試驗(yàn)應(yīng)用，見到顯著效果。水平井分段壓裂中實(shí)現(xiàn)2～4簇的分簇射孔，分壓10段以上，最大液量超過15000立方米，支撐劑量超過1200立方米。但在是否需要采用注水開發(fā)，如果注水如何避免早期水淹，什么樣的“水平井+直井”聯(lián)合井網(wǎng)模式最佳等，還需要進(jìn)一步探索實(shí)踐。同時(shí)，針對(duì)特殊儲(chǔ)層，可以考慮探索實(shí)踐衰竭式彈性開發(fā)、小于0.01mD的北美開發(fā)模式、甚至頁巖氣體積改造理念。

四、注水開發(fā)油田剩余油的分布以及有效動(dòng)用，有效的儲(chǔ)層改造技術(shù)是關(guān)鍵。如何對(duì)油藏開發(fā)后期的剩余油（死油區(qū)）進(jìn)行定位并精細(xì)描述，確認(rèn)剩余油的分布狀態(tài)，什么樣的重復(fù)或轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)能夠讓裂縫盡可能轉(zhuǎn)向死油區(qū)，有效提高驅(qū)掃效率，以及在開發(fā)后期與中高含水期，如何有效實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水壓裂是關(guān)鍵。

五、體積改造壓裂理論如何從經(jīng)典走向現(xiàn)代，是壓裂改造技術(shù)基礎(chǔ)研究的最大挑戰(zhàn)。在構(gòu)建體積改造技術(shù)體系的同時(shí)，如何利用中國石油的大型物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，開展不同巖性的裂縫起裂與擴(kuò)展的機(jī)理研究，探索復(fù)雜縫網(wǎng)形成的途徑和條件，建立相應(yīng)的理論判據(jù)，如何引入分形理論表征復(fù)雜裂縫擴(kuò)展，以及復(fù)雜的剪切、滑移等裂縫起裂行為等是未來基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)方向。

逆向設(shè)計(jì)與工廠化是大方向

動(dòng)用非常規(guī)需要有“非常規(guī)”套路。隨著壓裂地位的進(jìn)一步提升，儲(chǔ)層改造技術(shù)的早期介入——“逆向設(shè)計(jì)”技術(shù)，已成為頁巖氣開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性標(biāo)志。

早期的儲(chǔ)層改造技術(shù)處于一個(gè)比較被動(dòng)的地位，一般都是已經(jīng)鉆完井且已經(jīng)完井，乃至射孔之后，才交給壓裂技術(shù)人員去進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)。這時(shí)候，井的狀況、完井的方式、射孔的層段、射孔的方式等，都與壓裂無關(guān)。

而現(xiàn)代壓裂中，逆向設(shè)計(jì)大約有以下幾步：

一、首先確認(rèn)采用什么的改造技術(shù)模式：常規(guī)壓裂技術(shù)還是體積壓裂技術(shù)，是否需要采用“工廠化”等；二、選擇哪些壓裂工具：裸眼滑套封隔器、套管滑套、快鉆橋塞、水力噴射裸眼封隔器工具？三、不同的工具需要的完井方式：套管完井或者裸眼完井；四、確定鉆井方式，是否需要欠平衡，增大鉆井成本或者不需要；五、確定滿足壓裂模式與工具以及鉆井方式的井深結(jié)構(gòu)、井眼尺寸、套管尺寸；六、設(shè)計(jì)什么樣的井型匹配最初選擇的改造技術(shù)模式甚至是開發(fā)方式：是一個(gè)井場(chǎng)1口井或數(shù)口井形成叢式井組，還是“雙向I型井”、“雙向U型井”、“雙向W型井”或者更多；七、布井及井場(chǎng)選擇，確認(rèn)地應(yīng)力分布，最小水平主應(yīng)力方向，砂體展布方向，最終確定井場(chǎng)設(shè)計(jì)（是否工廠化？井場(chǎng)大小、長寬方向？）；其次，在井場(chǎng)選擇（確認(rèn)頁巖有利區(qū)帶展布方向，及最佳水平井井眼軌跡方向）中，要充分考慮到中國的地貌特色，合適布井。

首先，對(duì)設(shè)備能力的要求急劇上升。頁巖氣體積壓裂一般施工排量會(huì)在10～15立方米/每分鐘，施工的液量和支撐劑一般單井均超過1000立方米。這對(duì)水馬力要求更高，壓裂車的臺(tái)數(shù)要求更多，也要有充足的水源。其次，連續(xù)混配裝置，速溶瓜膠及添加劑，大容量的儲(chǔ)砂設(shè)備、連續(xù)油管車及井口帶壓作業(yè)裝置等都成為必須的要求。

如果實(shí)施“工廠化”作業(yè)，按照北美的經(jīng)驗(yàn)，2011年Encana公司建立的“井工廠”標(biāo)準(zhǔn)模式：叢式水平井、16～20口/井場(chǎng)、水平段1600～3000米、每口井壓裂20～28段、壓裂440段/井場(chǎng)、每段泵注壓裂液超過5000立方米。一個(gè)井場(chǎng)可以允許3部鉆井鉆18～24口井，采用滑道作業(yè)，PDC鉆頭，地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)等，大幅度降低了施工成本。

再如2012年Apache公司的“井工廠”模式：每個(gè)井場(chǎng)從2口井發(fā)展到大于30口井，水平段600～1800m，目前3657m或更長，壓裂液采用淡水或鹽水。如2011年的K井場(chǎng)，面積6.3英畝（160×160m）、16口井、274段，控制2500英畝 (3180×3180m)的油藏，每口井使用4.54萬立方米的壓裂液（湖泊淡水），2010年冬季進(jìn)入井場(chǎng)，2011年早春離開，壓裂歷時(shí)4個(gè)月。施工結(jié)束后井場(chǎng)面積縮小為35×35m。

我們目前的工廠化作業(yè)才起步，加上地域、環(huán)境受限，與北美有很大的差距。工廠化作業(yè)的鉆井技術(shù)、更多壓裂車組的連續(xù)施工技術(shù)，材料的組織運(yùn)送，支撐劑現(xiàn)場(chǎng)的連續(xù)、非怠工裝入等，都是亟待解決的問題。

中國儲(chǔ)層改造技術(shù)的未來

問題要解決，技術(shù)要發(fā)展。我們認(rèn)為，有三個(gè)方面是今后努力的方向。

深刻理解體積改造技術(shù)內(nèi)涵，探索實(shí)現(xiàn)體積改造的新方法 首先通過創(chuàng)新理念，積極轉(zhuǎn)變觀點(diǎn)，逐漸實(shí)現(xiàn)從經(jīng)典理論下的壓裂技術(shù)走向體積改造技術(shù)。在借鑒美國技術(shù)的同時(shí)，系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)儲(chǔ)層改造技術(shù)特色，研究適合我國的技術(shù)體系，探索研究以下關(guān)鍵問題：什么樣的儲(chǔ)層容易形成縫網(wǎng)？什么樣的儲(chǔ)層（井網(wǎng)）更適合體積改造？網(wǎng)絡(luò)縫作用的距離有多大？什么樣的縫網(wǎng)是有效的？什么是適合體積改造的液體？施工控制與檢測(cè)等。這些問題的解決有望快速推動(dòng)中石油的頁巖氣有效開發(fā)。

其次，在探索研究適合低滲致密砂巖油氣藏改造新途徑的同時(shí)，思考火山巖、碳酸鹽巖等天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層的體積改造技術(shù)方向，重點(diǎn)研究天然裂縫的“堵”與“疏”問題。過去的觀念是“封堵”，現(xiàn)在的體積改造重點(diǎn)則是“疏通”。

集成完善工具設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用，推動(dòng)儲(chǔ)層改造技術(shù)進(jìn)步 在直井分壓技術(shù)方面，除不斷完善應(yīng)用封隔器滑套分層工具，大慶油田研發(fā)的雙封單卡分層工具之外，堅(jiān)定信心，加速進(jìn)行“連續(xù)油管+水力噴射+環(huán)空加砂”分層壓裂技術(shù)的研究與試驗(yàn)應(yīng)用，并盡快實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；在水平井分段改造技術(shù)方面，進(jìn)一步提高并完善雙封單卡封隔器、滑套封隔器、水力噴射分段工具、水平井裸眼封隔器的性能，使之滿足國內(nèi)需要。針對(duì)雙噴射器水力噴射分段多簇壓裂工具，需要進(jìn)一步探索解決雙噴射器之間距離較小的不足，擴(kuò)大簇間距，使其雙縫（兩簇）壓裂做到最簡便。

堅(jiān)持引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，推動(dòng)自主研發(fā)，加速完善技術(shù)設(shè)備配套能力。引進(jìn)國外研發(fā)形成的裸眼封隔器分簇射孔技術(shù)，或者自主研發(fā)盡快形成突破，這將極大地提高致密油氣的分段改造效果?？扇芮蛐枰泄リP(guān)快速突破；繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用國外微地震波裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，加速國產(chǎn)化研究進(jìn)程。同時(shí)關(guān)注分布式溫度計(jì)在裂縫診斷中的應(yīng)用，盡快確定國內(nèi)是否需要開展攻關(guān)研究。

實(shí)施低成本戰(zhàn)略，系統(tǒng)優(yōu)化工藝技術(shù)方法 研發(fā)適合中國地貌及井場(chǎng)條件的“工廠化”作業(yè)模式，進(jìn)一步提高壓裂改造效率。發(fā)展叢式井水平井鉆井技術(shù)，為同步壓裂創(chuàng)造條件。對(duì)如蘇里格分流河道砂且最小水平主應(yīng)力與砂體展布方向一致的儲(chǔ)層，大力推廣南北向打雙水平井，探索雙“U”型，雙“山”型井，對(duì)于大面積分布低滲砂巖可以考慮叢式井組（叢式水平井），探索試驗(yàn)同步（交叉）壓裂技術(shù)。頁巖氣從一開始就考慮，如何采用水平井組交互鉆井、及體積改造的作業(yè)模式，提高效率，降低成本。

此外，開展返排液的處理、再利用技術(shù)研究與應(yīng)用，以降低成本，保護(hù)環(huán)境。同時(shí)，研究低成本高性能壓裂液及支撐劑材料，大幅度降低材料成本。研究超低密度的支撐劑、低摩阻低成本快速釋放黏度的滑溜水、控水鎖、改變潤濕性、降低毛管力的微乳液，超低濃度瓜膠以及低分子可回收瓜膠等。努力形成適合中國頁巖氣儲(chǔ)層特征的新型液體技術(shù)。