文章來源：新華網 發布時間：2021-09-24
近年來，儲層改造的對象逐漸向低品位資源轉變。隨著國內新增油氣探明儲量品位不斷下降，油氣勘探對象日趨復雜，開發難度越來越大，單井自然產能極低或者無產能，特別是在深層常規油氣與非常規油氣儲量上提高油氣產量成為難點，工程技術面臨深層超深層、特低滲、高溫、高壓等復雜問題關鍵技術的挑戰。
要在這些儲層中打開一個油氣流動的通道，就要用到能在油氣層中修筑“高速公路”的水力壓裂技術。壓裂改造技術作為非常規油氣增產的重要撒手锏，催生了美國頁巖氣革命，已成為破解當前油氣產量難題及未來發展的關鍵。
“加大勘探開發力度，保障國家能源安全”是集團公司的重大責任和崇高使命。然而，勘探對象日趨復雜，深層、非常規油氣資源開發難度大，工程技術的進步和突破是完成使命的“翅膀”。當前，儲層壓裂改造已經成為工程技術“三把利劍”之一，其作用已經從增產擴展到釋放資源潛能，成為油田開發過程中不可或缺的措施和支撐高效勘探開發的核心技術。低品位資源的有效開發寄希望于水平井和壓裂技術的進步，同時也推動壓裂技術向著“更加規模、更多段數和更高效率”方向前進。目前，中國石油儲層改造最大作業井深8023米，最高施工溫度201攝氏度，最長水平段3056米，壓裂最多分段數達到了45段。
復雜地質條件推動壓裂技術不斷挑戰極限
深層、超深層常規油氣普遍埋藏深、地應力高，壓裂改造時存在施工壓力高、溫度高、縫寬窄、改造體積偏小和壓后初產效果差等問題。復雜地質條件對壓裂增產構成嚴峻挑戰。在西部，塔里木油田庫車前陸區超深超高壓高溫氣藏具有埋藏深、壓力高、溫度高、基質物性差、裂縫發育等特點，博孜凝析氣藏還具有低地溫梯度、高含蠟的特點。自然產能低，需要壓裂改造增產才能效益開發。然而，由于井況苛刻和改造工況復雜、地面壓裂施工壓力高，安全風險大，規模改造施工存在安全風險，砂堵風險大，提產機理不清，缺乏有效技術手段。
在西南，川中古隆起太和含氣區具有超深、超高壓、超高溫、高含硫和地面破裂壓力高的特點，壓裂周期長、儲層改造難度大，提質提效面臨巨大挑戰。
非常規油氣藏儲層滲透率極低，自然產能極低或者沒有自然產能，只能通過大規模體積壓裂改造實現增產。壓裂裂縫網絡的復雜程度決定了單井產量，需要新技術持續提高壓裂改造裂縫的有效改造體積，同時降低大規模壓裂成本。
對比北美非常規油氣開發，我國非常規油氣壓裂面臨著比國外更多的技術難題。此外，油氣藏滲透率極低、孔隙度低、非均質性強、地應力高等因素，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。
面對資源劣質化加劇，新動用儲量品質差，必須加強壓裂核心技術攻關，加速技術迭代，發揮核心技術引領作用，最大限度挖掘油氣藏潛力，保障油氣資源的規模有效動用。
核心技術攻關助力油氣資源高效動用
“十三五”期間，圍繞制約非常規油氣勘探開發技術難點，中國石油在儲層壓裂改造技術領域取得一系列重大突破，形成了具有核心競爭力的高端裝備、關鍵工具、軟件和化學助劑。這些豐碩成果的取得，有效加速了深層、非常規油氣開發的進程，使中國石油油氣業務持續向好發展。“‘水平井+分段壓裂’技術是美國頁巖氣革命的主體技術，大幅提升水平段延伸距離，可增加井筒泄油面積，實現多井低產向少井高產的轉變。”休斯敦技術研究中心項目管理部經理楊振周介紹。
為減少碳排放，助力早日實現碳達峰碳中和，中國石油首創單機功率最大7000型電驅壓裂裝備，實現了零排放環保系統，且大幅減少噪聲等污染，達到真正意義上的節能減排，解決了傳統壓裂車噪音大、單機功率小、污染高、成本高、不能實現自動化控制等問題，燃料成本減少40%以上，壓裂綜合費用降低20%，操作人員減少一半。
降本增效同樣是壓裂技術攻關的“主旋律”。頁巖氣壓裂規模大，單井壓裂水資源消耗大。如何重復利用壓裂的返排液和產出液、降低壓裂成本，擺在科研人員的面前。針對這些難點，研發出超低濃度高效耐鹽降阻劑，實現超低濃度和返排液高礦化度水中降阻率均高于70%的重大技術突破，實現降阻、挾砂、耐鹽能力突破。解決返排液循環使用、降低施工成本，是保障非常規油氣資源可持續開發的關鍵，為大規模體積壓裂注入新鮮血液。
如何提高油氣井壓裂效率、快速建產，是科研人員攻關的方向。傳統速鉆橋塞壓后需要鉆磨，作業時間長，風險高，復雜處理難度大。可溶橋塞、可溶球座等可溶壓裂工具可以避免這些問題。據工程技術研究院副總經理（副院長）兼休斯敦技術研究中心副主任王旭介紹，工程技術研究院立足“自主材料、自主設計、自主產業化、自主知識產權”全產業鏈突破，創新研發了高性能可溶材料和可溶橋塞等系列產品，已經建成年產1萬只橋塞的產業能力，為水平井分段壓裂技術提供核心利器。
精準模擬和優化非常規油氣水力壓裂的復雜裂縫一直是讓科研人員“頭疼”的難題。使用常規壓裂模擬技術，經常會因為“無法預知”水力壓裂裂縫的復雜程度而導致壓裂改造不徹底，壓裂成功率低，油井增產無法得到保障。對此，科技人員聚焦痛點，致力復雜縫網體積壓裂模擬，創新實現了頁巖氣水平井無限級壓裂復雜縫網模擬和暫堵轉向工藝模擬，實現多場、多尺度及動態過程的耦合分段多簇壓裂縫網擴展模擬，解決了體積壓裂復雜裂縫動態擴展模擬和精確計算問題。
數字化智能化轉型持續保障油氣資源高效開發
面對日益復雜的地質儲層環境，特別是深層和超深層、非常規油氣儲層改造的技術難題，亟須探索實現體積壓裂改造的新方法。
通過創新理念，積極轉變觀念，逐漸實現從經典理論下的壓裂技術走向體積改造技術。在借鑒美國壓裂技術的同時，系統總結國內儲層改造技術特色，研究出適合我國的技術體系。同時，需要進一步研發和完善7000以上馬力電動壓裂泵、240攝氏度超高溫深井壓裂液、160攝氏度以上可溶橋塞、復雜縫網體積壓裂地質一體化設計軟件、分布式光纖監測及壓后效果評價五大技術，進一步提升儲層改造的效果和效率，為深層和超深層、非常規油氣開發提供有效助力，保障油氣穩產高產。
數字化、智能化技術對石油行業的影響不可小覷，石油行業變革大勢所趨。大數據、云計算、人工智能在壓裂技術上的應用正逐漸普及。以人工智能為基礎算法的體積壓裂技術，將實現理論、經驗和管理的深度革命，配套地面壓裂智能化系統、智能壓裂設備和井下液體、支撐劑、裂縫形態的動態監測技術，將極大提高壓裂施工效率，后期通過精細化管理，可實現高效動用油氣資源儲量，最大限度保障能源安全。
【責任編輯：張思嘉】