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在全球進入了難動用儲量開發(fā)時代的背景下，我國主力油田均面臨著低滲透、超低滲透開發(fā)難題，同時，也迫切地需要在非常規(guī)儲量上尋求突破。壓裂改造技術的研發(fā)與應用，正成為破解當前難題及今后發(fā)展的關鍵，也成為中國壓裂技術發(fā)展的未來。

壓裂改造技術面臨五大挑戰(zhàn)

目前我國在儲層改造技術研發(fā)與應用上，主要面臨五大難題。

一、儲層改造對象越來越復雜，儲層改造技術需要不斷挑戰(zhàn)極限。目前國內(nèi)低滲透致密砂巖儲層的超深井壓裂已經(jīng)超過7000米，碳酸鹽巖儲層的酸壓及水力壓裂也已經(jīng)在5000米以上，施工壓力達到130MPa，地層溫度更高，從180℃提高到200℃，這些因素對壓裂設備、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，有效動用儲量下限不斷降低，儲層的滲透率不斷下降。“十一五”前，采用應用開發(fā)壓裂、井網(wǎng)優(yōu)化技術等技術，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、提高縱向和平面動用程度的壓裂、超前注水等技術的應用，長慶油田的動用下限下降到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壓裂、水平井分段壓裂技術等技術的應用，動用0.3mD的超低滲透儲層，吉林和大慶則在動用1mD以下儲層。目前對于小于0.1mD的致密油氣以及0.0001md以下的頁巖氣儲層，目前正在探索試驗體積改造技術。

二、致密砂巖油氣藏具有顯著的多薄層特點，需要進一步提高縱向剖面的動用程度。自2010年后，中國致密氣標準形成，儲層改造技術的研究思路及改造模式需要從低滲走向致密，這對如何實施細分小層壓裂提出了新的挑戰(zhàn)。

按照新評價標準，如果對縱向可動用小層均能實現(xiàn)有效改造，則將進一步提高單井產(chǎn)量，增加可采儲量。例如蘇里格致密氣藏，通過對37口井的重新解釋，共新增氣層45層共計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目前我國還處于試驗應用階段，未能成為主流技術，多分支井及多分支水平井分段壓裂也才剛起步。而國外致密氣應用最為廣泛的滑溜水壓裂技術，在中國的致密氣基本上未能有效開展。

三、借鑒北美經(jīng)驗，建立我國致密油的有效開發(fā)模式還需時日。北美致密油儲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，對儲層改造技術提出了不同的要求。目前借鑒北美體積壓裂技術思路，在長慶、吉林、新疆、大慶等油田試驗應用，見到顯著效果。水平井分段壓裂中實現(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，還需要進一步探索實踐。同時，針對特殊儲層，可以考慮探索實踐衰竭式彈性開發(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用，有效的儲層改造技術是關鍵。如何對油藏開發(fā)后期的剩余油（死油區(qū)）進行定位并精細描述，確認剩余油的分布狀態(tài)，什么樣的重復或轉(zhuǎn)向壓裂技術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，如何有效實現(xiàn)穩(wěn)油控水壓裂是關鍵。

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

逆向設計與工廠化是大方向

動用非常規(guī)需要有“非常規(guī)”套路。隨著壓裂地位的進一步提升，儲層改造技術的早期介入——“逆向設計”技術，已成為頁巖氣開發(fā)的一個關鍵性標志。

早期的儲層改造技術處于一個比較被動的地位，一般都是已經(jīng)鉆完井且已經(jīng)完井，乃至射孔之后，才交給壓裂技術人員去進行壓裂設計。這時候，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。

而現(xiàn)代壓裂中，逆向設計大約有以下幾步：

一、首先確認采用什么的改造技術模式：常規(guī)壓裂技術還是體積壓裂技術，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、設計什么樣的井型匹配最初選擇的改造技術模式甚至是開發(fā)方式：是一個井場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、布井及井場選擇，確認地應力分布，最小水平主應力方向，砂體展布方向，最終確定井場設計（是否工廠化？井場大小、長寬方向？）；其次，在井場選擇（確認頁巖有利區(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，對設備能力的要求急劇上升。頁巖氣體積壓裂一般施工排量會在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。這對水馬力要求更高，壓裂車的臺數(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，大容量的儲砂設備、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。

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

再如2012年Apache公司的“井工廠”模式：每個井場從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，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年冬季進入井場，2011年早春離開，壓裂歷時4個月。施工結(jié)束后井場面積縮小為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、更多壓裂車組的連續(xù)施工技術，材料的組織運送，支撐劑現(xiàn)場的連續(xù)、非怠工裝入等，都是亟待解決的問題。

中國儲層改造技術的未來

問題要解決，技術要發(fā)展。我們認為，有三個方面是今后努力的方向。

深刻理解體積改造技術內(nèi)涵，探索實現(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，逐漸實現(xiàn)從經(jīng)典理論下的壓裂技術走向體積改造技術。在借鑒美國技術的同時，系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)儲層改造技術特色，研究適合我國的技術體系，探索研究以下關鍵問題：什么樣的儲層容易形成縫網(wǎng)？什么樣的儲層（井網(wǎng)）更適合體積改造？網(wǎng)絡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？施工控制與檢測等。這些問題的解決有望快速推動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，思考火山巖、碳酸鹽巖等天然裂縫發(fā)育儲層的體積改造技術方向，重點研究天然裂縫的“堵”與“疏”問題。過去的觀念是“封堵”，現(xiàn)在的體積改造重點則是“疏通”。

集成完善工具設備研發(fā)與應用，推動儲層改造技術進步 在直井分壓技術方面，除不斷完善應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，堅定信心，加速進行“連續(xù)油管+水力噴射+環(huán)空加砂”分層壓裂技術的研究與試驗應用，并盡快實現(xiàn)國產(chǎn)化；在水平井分段改造技術方面，進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。針對雙噴射器水力噴射分段多簇壓裂工具，需要進一步探索解決雙噴射器之間距離較小的不足，擴大簇間距，使其雙縫（兩簇）壓裂做到最簡便。

堅持引進國外先進技術，推動自主研發(fā)，加速完善技術設備配套能力。引進國外研發(fā)形成的裸眼封隔器分簇射孔技術，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快速突破；繼續(xù)擴大應用國外微地震波裂縫監(jiān)測技術，加速國產(chǎn)化研究進程。同時關注分布式溫度計在裂縫診斷中的應用，盡快確定國內(nèi)是否需要開展攻關研究。

實施低成本戰(zhàn)略，系統(tǒng)優(yōu)化工藝技術方法 研發(fā)適合中國地貌及井場條件的“工廠化”作業(yè)模式，進一步提高壓裂改造效率。發(fā)展叢式井水平井鉆井技術，為同步壓裂創(chuàng)造條件。對如蘇里格分流河道砂且最小水平主應力與砂體展布方向一致的儲層，大力推廣南北向打雙水平井，探索雙“U”型，雙“山”型井，對于大面積分布低滲砂巖可以考慮叢式井組（叢式水平井），探索試驗同步（交叉）壓裂技術。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、再利用技術研究與應用，以降低成本，保護環(huán)境。同時，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層特征的新型液體技術。