中国石油储层改造技术发展观察 在油气储层中修筑“高速公路”

近年来，储层改造的对象逐渐向低品位资源转变。随着国内新增油气探明储量品位不断下降，油气勘探对象日趋复杂，开发难度越来越大，单井自然产能极低或者无产能，特别是在深层常规油气与非常规油气储量上提高油气产量成为难点，工程技术面临深层超深层、特低渗、高温、高压等复杂问题关键技术的挑战。

要在这些储层中打开一个油气流动的通道，就要用到能在油气层中修筑“高速公路”的水力压裂技术。压裂改造技术作为非常规油气增产的重要撒手锏，催生了美国页岩气革命，已成为破解当前油气产量难题及未来发展的关键。

“加大勘探开发力度，保障国家能源安全”是集团公司的重大责任和崇高使命。然而，勘探对象日趋复杂，深层、非常规油气资源开发难度大，工程技术的进步和突破是完成使命的“翅膀”。当前，储层压裂改造已经成为工程技术“三把利剑”之一，其作用已经从增产扩展到释放资源潜能，成为油田开发过程中不可或缺的措施和支撑高效勘探开发的核心技术。低品位资源的有效开发寄希望于水平井和压裂技术的进步，同时也推动压裂技术向着“更加规模、更多段数和更高效率”方向前进。目前，中国石油储层改造最大作业井深8023米，最高施工温度201摄氏度，最长水平段3056米，压裂最多分段数达到了45段。

复杂地质条件推动压裂技术不断挑战极限

深层、超深层常规油气普遍埋藏深、地应力高，压裂改造时存在施工压力高、温度高、缝宽窄、改造体积偏小和压后初产效果差等问题。复杂地质条件对压裂增产构成严峻挑战。在西部，塔里木油田库车前陆区超深超高压高温气藏具有埋藏深、压力高、温度高、基质物性差、裂缝发育等特点，博孜凝析气藏还具有低地温梯度、高含蜡的特点。自然产能低，需要压裂改造增产才能效益开发。然而，由于井况苛刻和改造工况复杂、地面压裂施工压力高，安全风险大，规模改造施工存在安全风险，砂堵风险大，提产机理不清，缺乏有效技术手段。

在西南，川中古隆起太和含气区具有超深、超高压、超高温、高含硫和地面破裂压力高的特点，压裂周期长、储层改造难度大，提质提效面临巨大挑战。

非常规油气藏储层渗透率极低，自然产能极低或者没有自然产能，只能通过大规模体积压裂改造实现增产。压裂裂缝网络的复杂程度决定了单井产量，需要新技术持续提高压裂改造裂缝的有效改造体积，同时降低大规模压裂成本。

对比北美非常规油气开发，我国非常规油气压裂面临着比国外更多的技术难题。此外，油气藏渗透率极低、孔隙度低、非均质性强、地应力高等因素，对压裂设备、井下工具、压裂酸化材料、井口及管柱的耐压、耐温能力等提出了更高的要求。

面对资源劣质化加剧，新动用储量品质差，必须加强压裂核心技术攻关，加速技术迭代，发挥核心技术引领作用，最大限度挖掘油气藏潜力，保障油气资源的规模有效动用。

核心技术攻关助力油气资源高效动用

“十三五”期间，围绕制约非常规油气勘探开发技术难点，中国石油在储层压裂改造技术领域取得一系列重大突破，形成了具有核心竞争力的高端装备、关键工具、软件和化学助剂。这些丰硕成果的取得，有效加速了深层、非常规油气开发的进程，使中国石油油气业务持续向好发展。“‘水平井+分段压裂’技术是美国页岩气革命的主体技术，大幅提升水平段延伸距离，可增加井筒泄油面积，实现多井低产向少井高产的转变。”休斯敦技术研究中心项目管理部经理杨振周介绍。

为减少碳排放，助力早日实现碳达峰碳中和，中国石油首创单机功率最大7000型电驱压裂装备，实现了零排放环保系统，且大幅减少噪声等污染，达到真正意义上的节能减排，解决了传统压裂车噪音大、单机功率小、污染高、成本高、不能实现自动化控制等问题，燃料成本减少40%以上，压裂综合费用降低20%，操作人员减少一半。

降本增效同样是压裂技术攻关的“主旋律”。页岩气压裂规模大，单井压裂水资源消耗大。如何重复利用压裂的返排液和产出液、降低压裂成本，摆在科研人员的面前。针对这些难点，研发出超低浓度高效耐盐降阻剂，实现超低浓度和返排液高矿化度水中降阻率均高于70%的重大技术突破，实现降阻、挟砂、耐盐能力突破。解决返排液循环使用、降低施工成本，是保障非常规油气资源可持续开发的关键，为大规模体积压裂注入新鲜血液。

如何提高油气井压裂效率、快速建产，是科研人员攻关的方向。传统速钻桥塞压后需要钻磨，作业时间长，风险高，复杂处理难度大。可溶桥塞、可溶球座等可溶压裂工具可以避免这些问题。据工程技术研究院副总经理（副院长）兼休斯敦技术研究中心副主任王旭介绍，工程技术研究院立足“自主材料、自主设计、自主产业化、自主知识产权”全产业链突破，创新研发了高性能可溶材料和可溶桥塞等系列产品，已经建成年产1万只桥塞的产业能力，为水平井分段压裂技术提供核心利器。

精准模拟和优化非常规油气水力压裂的复杂裂缝一直是让科研人员“头疼”的难题。使用常规压裂模拟技术，经常会因为“无法预知”水力压裂裂缝的复杂程度而导致压裂改造不彻底，压裂成功率低，油井增产无法得到保障。对此，科技人员聚焦痛点，致力复杂缝网体积压裂模拟，创新实现了页岩气水平井无限级压裂复杂缝网模拟和暂堵转向工艺模拟，实现多场、多尺度及动态过程的耦合分段多簇压裂缝网扩展模拟，解决了体积压裂复杂裂缝动态扩展模拟和精确计算问题。

数字化智能化转型持续保障油气资源高效开发

面对日益复杂的地质储层环境，特别是深层和超深层、非常规油气储层改造的技术难题，亟须探索实现体积压裂改造的新方法。

通过创新理念，积极转变观念，逐渐实现从经典理论下的压裂技术走向体积改造技术。在借鉴美国压裂技术的同时，系统总结国内储层改造技术特色，研究出适合我国的技术体系。同时，需要进一步研发和完善7000以上马力电动压裂泵、240摄氏度超高温深井压裂液、160摄氏度以上可溶桥塞、复杂缝网体积压裂地质一体化设计软件、分布式光纤监测及压后效果评价五大技术，进一步提升储层改造的效果和效率，为深层和超深层、非常规油气开发提供有效助力，保障油气稳产高产。

数字化、智能化技术对石油行业的影响不可小觑，石油行业变革大势所趋。大数据、云计算、人工智能在压裂技术上的应用正逐渐普及。以人工智能为基础算法的体积压裂技术，将实现理论、经验和管理的深度革命，配套地面压裂智能化系统、智能压裂设备和井下液体、支撑剂、裂缝形态的动态监测技术，将极大提高压裂施工效率，后期通过精细化管理，可实现高效动用油气资源储量，最大限度保障能源安全。