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如前文所述，難動(dòng)用儲(chǔ)量和非常規(guī)儲(chǔ)量的開發(fā)，在于現(xiàn)代壓裂理論的創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)層改造技術(shù)的突破，而所有的壓裂工藝措施則需要配套的技術(shù)、裝備來實(shí)現(xiàn)。俗話說，“沒有金剛鉆，別攬瓷器活。”在油氣田開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，壓裂裝備及井下工具才是真正的主角。今天，中國(guó)正在努力追趕美國(guó)的腳步。

壓裂“戰(zhàn)場(chǎng)”真正的主角

過去，也許一提起油氣田，幾部高聳的鉆機(jī)，一片埋頭苦干的“磕頭機(jī)”，立刻在你的大腦里形成了一個(gè)畫面。而今天的油氣田開發(fā)，十幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)壓裂作業(yè)車組，場(chǎng)面規(guī)模之大，夸張點(diǎn)說，絕不遜于《變形金剛》中的“汽車人”團(tuán)隊(duì)。

壓裂酸化作業(yè)中會(huì)用到很多地面裝備。這些壓裂“戰(zhàn)車”大致包括：提供動(dòng)力和施工排量的壓裂車，將液體與支撐劑實(shí)現(xiàn)混合并泵入井筒的混砂車，以及監(jiān)控施工壓力排量數(shù)據(jù)變化的儀表車。在某些特定的施工中，可能還需要配備連續(xù)混配車（或撬裝連續(xù)混配裝置）、連續(xù)油管車、液氮泵車、現(xiàn)場(chǎng)制氮車、二氧化碳增壓泵注車、帶壓作業(yè)設(shè)備、140MPa的高壓井口等。上述“戰(zhàn)車”與儲(chǔ)液罐，輸砂設(shè)備、高低壓管匯，高壓井口（采油樹）等，一起組成了龐大的壓裂團(tuán)隊(duì)。

“戰(zhàn)車”裝備很重要，核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)還要靠井下工具。根據(jù)完井方式以及采用不同，壓裂技術(shù)各不相同。以非常規(guī)油氣藏為主導(dǎo)的壓裂改造，主要工具有直井封隔器投球滑套分層壓裂工具，水平井裸眼封隔器、水平井套管滑套封隔器、水力噴射壓裂酸化工具、快鉆橋塞、分簇射孔工具等。這些井下工具設(shè)計(jì)精巧、結(jié)構(gòu)復(fù)雜卻功能強(qiáng)大，是最終實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層壓裂改造的關(guān)鍵。

除了地面裝備、井下工具，另一項(xiàng)工具——壓裂軟件不可或缺。有了它們，才能觸摸、了解到三千米以下儲(chǔ)層的“內(nèi)心”。目前國(guó)外使用的主要軟件有全三維壓裂軟件Stimplan、FracproPT、Meyer頁巖氣壓裂設(shè)計(jì)軟件、GOHFER壓裂設(shè)計(jì)軟件、Cerberus連續(xù)油管設(shè)計(jì)軟件，以及Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件等。

地面裝備、井下工具及壓裂軟件，一起構(gòu)成了壓裂作業(yè)“戰(zhàn)場(chǎng)”的主裝備，有了先進(jìn)的技術(shù)，才能打贏一場(chǎng)場(chǎng)“壓裂戰(zhàn)”。目前在該領(lǐng)域，美國(guó)技術(shù)裝備依然領(lǐng)先全球。

美國(guó)技術(shù)裝備保持領(lǐng)先

資料顯示，目前國(guó)外2500型壓裂車已經(jīng)普遍使用，且已經(jīng)研發(fā)成功3000型壓裂車。美國(guó)最大連續(xù)混配排量達(dá)到19.0立方米/沒分鐘，單車最大排量為9.4立方米/每分鐘。

在壓裂工具方面，美國(guó)公司始終占據(jù)技術(shù)研發(fā)的前沿，頁巖氣開發(fā)核心技術(shù)掌握在少數(shù)幾個(gè)公司，技術(shù)服務(wù)費(fèi)用昂貴，而且相關(guān)井下工具只租不售。

 

近年來，這些公司不斷地推出新工具，如用于打開滑套以及封堵快鉆橋賽的可溶球，國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用，國(guó)內(nèi)才開始研究；裸眼封隔器實(shí)現(xiàn)一次投球打開4～6個(gè)滑套，實(shí)現(xiàn)分簇射孔技術(shù)以及定點(diǎn)壓裂工具，國(guó)內(nèi)尚未開展此類研究。

此外，針對(duì)頁巖氣體積改造技術(shù)的應(yīng)用，近年來，北美研發(fā)了不少新模型并應(yīng)用于頁巖氣的氣藏?cái)?shù)值模擬及裂縫優(yōu)化。在軟件方面，繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。

而相對(duì)比，“在上個(gè)世紀(jì)，國(guó)內(nèi)科研院校進(jìn)行過較大規(guī)模的自主研發(fā)，軟件水平逐漸接近于國(guó)外水平，但近年來，大多以引進(jìn)軟件應(yīng)用為主，自主軟件研發(fā)已經(jīng)遠(yuǎn)落后于國(guó)外。目前大型油氣藏?cái)?shù)值模擬軟件基本以國(guó)外軟件為主，也有一些自主研發(fā)軟件在應(yīng)用，但功能相對(duì)較少。”中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院副總工程師胥云說。

中國(guó)努力追趕國(guó)外腳步

看到差距，為擺脫受制于人，目前我國(guó)正在加緊各方面攻關(guān)，努力追趕美國(guó)的腳步。

經(jīng)過努力，國(guó)內(nèi)研發(fā)的2500型壓裂車已經(jīng)量產(chǎn)且進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，3000型大型壓裂車組正在研發(fā)中；140MPa井口、連續(xù)混配車、連續(xù)油管車，以及水平井分段改造的裸眼封隔器、水力噴射工具、快鉆橋塞等均已有國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，有的已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。中石油系統(tǒng)研發(fā)了兩種連續(xù)混配裝置——連續(xù)混配車和撬裝設(shè)備，其連續(xù)混配能力單車達(dá)到8立方米/每分鐘。

“十一五”期間，中國(guó)石油組織了水平井壓裂技術(shù)專項(xiàng)攻關(guān)，自主研發(fā)形成了雙封單卡封隔器、管內(nèi)滑套封隔器、水力噴射分段壓裂工具、裸眼封隔器等。并創(chuàng)新發(fā)展了雙噴射、水力噴射+滑套不動(dòng)管柱分壓工具等具有中國(guó)特色的水平井分段壓裂工具。近期，中國(guó)石油研發(fā)成功了快鉆橋賽、分簇射孔工具，并已成功下井試驗(yàn)。

但總體上，“在形成不同系列、水平井分段數(shù)、耐溫耐壓能力等方面，國(guó)內(nèi)的壓裂工具與國(guó)外還存在一定差距。”胥云說。

他指出，“主要的瓶頸是裝備工具材質(zhì)（特別是封隔器的橡膠件）的高溫、高壓、長(zhǎng)時(shí)間耐受性，在高溫高壓下對(duì)酸液的抗腐蝕能力，井下壓裂工具的加工精度，不同井筒尺寸下的工具系列，這是未來亟待攻關(guān)解決的幾個(gè)問題。”

技術(shù)為王。中國(guó)頁巖氣開發(fā)面臨技術(shù)上的障礙，產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，不僅僅體現(xiàn)在硬件上，也體現(xiàn)在軟件上。但我們有時(shí)間啃艱攻硬，彌補(bǔ)短板。