近年來，儲層改造的對象逐漸向低品位資源轉(zhuǎn)變。隨著國內(nèi)新增油氣探明儲量品位不斷下降，油氣勘探對象日趨復(fù)雜，開發(fā)難度越來越大，單井自然產(chǎn)能極低或者無產(chǎn)能，特別是在深層常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣儲量上提高油氣產(chǎn)量成為難點，工程技術(shù)面臨深層超深層、特低滲、高溫、高壓等復(fù)雜問題關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)。
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(shù)。壓裂改造技術(shù)作為非常規(guī)油氣增產(chǎn)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(chǎn)量難題及未來發(fā)展的關(guān)鍵。
“加大勘探開發(fā)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(fù)雜，深層、非常規(guī)油氣資源開發(fā)難度大，工程技術(shù)的進步和突破是完成使命的“翅膀”。當前，儲層壓裂改造已經(jīng)成為工程技術(shù)“三把利劍”之一，其作用已經(jīng)從增產(chǎn)擴展到釋放資源潛能，成為油田開發(fā)過程中不可或缺的措施和支撐高效勘探開發(fā)的核心技術(shù)。低品位資源的有效開發(fā)寄希望于水平井和壓裂技術(shù)的進步，同時也推動壓裂技術(shù)向著“更加規(guī)模、更多段數(shù)和更高效率”方向前進。目前，中國石油儲層改造最大作業(yè)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(shù)達到了45段。
復(fù)雜地質(zhì)條件推動壓裂技術(shù)不斷挑戰(zhàn)極限
深層、超深層常規(guī)油氣普遍埋藏深、地應(yīng)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(chǎn)效果差等問題。復(fù)雜地質(zhì)條件對壓裂增產(chǎn)構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn)。在西部，塔里木油田庫車前陸區(qū)超深超高壓高溫氣藏具有埋藏深、壓力高、溫度高、基質(zhì)物性差、裂縫發(fā)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(chǎn)能低，需要壓裂改造增產(chǎn)才能效益開發(fā)。然而，由于井況苛刻和改造工況復(fù)雜、地面壓裂施工壓力高，安全風險大，規(guī)模改造施工存在安全風險，砂堵風險大，提產(chǎn)機理不清，缺乏有效技術(shù)手段。
在西南，川中古隆起太和含氣區(qū)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(zhì)提效面臨巨大挑戰(zhàn)。
非常規(guī)油氣藏儲層滲透率極低，自然產(chǎn)能極低或者沒有自然產(chǎn)能，只能通過大規(guī)模體積壓裂改造實現(xiàn)增產(chǎn)。壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度決定了單井產(chǎn)量，需要新技術(shù)持續(xù)提高壓裂改造裂縫的有效改造體積，同時降低大規(guī)模壓裂成本。
對比北美非常規(guī)油氣開發(fā)，我國非常規(guī)油氣壓裂面臨著比國外更多的技術(shù)難題。此外，油氣藏滲透率極低、孔隙度低、非均質(zhì)性強、地應(yīng)力高等因素，對壓裂設(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。
面對資源劣質(zhì)化加劇，新動用儲量品質(zhì)差，必須加強壓裂核心技術(shù)攻關(guān)，加速技術(shù)迭代，發(fā)揮核心技術(shù)引領(lǐng)作用，最大限度挖掘油氣藏潛力，保障油氣資源的規(guī)模有效動用。
核心技術(shù)攻關(guān)助力油氣資源高效動用
“十三五”期間，圍繞制約非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)難點，中國石油在儲層壓裂改造技術(shù)領(lǐng)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(guān)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(guī)油氣開發(fā)的進程，使中國石油油氣業(yè)務(wù)持續(xù)向好發(fā)展�！啊骄�+分段壓裂’技術(shù)是美國頁巖氣革命的主體技術(shù)，大幅提升水平段延伸距離，可增加井筒泄油面積，實現(xiàn)多井低產(chǎn)向少井高產(chǎn)的轉(zhuǎn)變�！毙菟苟丶夹g(shù)研究中心項目管理部經(jīng)理楊振周介紹。
為減少碳排放，助力早日實現(xiàn)碳達峰碳中和，中國石油首創(chuàng)單機功率最大7000型電驅(qū)壓裂裝備，實現(xiàn)了零排放環(huán)保系統(tǒng)，且大幅減少噪聲等污染，達到真正意義上的節(jié)能減排，解決了傳統(tǒng)壓裂車噪音大、單機功率小、污染高、成本高、不能實現(xiàn)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(shù)攻關(guān)的“主旋律”。頁巖氣壓裂規(guī)模大，單井壓裂水資源消耗大。如何重復(fù)利用壓裂的返排液和產(chǎn)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(fā)出超低濃度高效耐鹽降阻劑，實現(xiàn)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(shù)突破，實現(xiàn)降阻、挾砂、耐鹽能力突破。解決返排液循環(huán)使用、降低施工成本，是保障非常規(guī)油氣資源可持續(xù)開發(fā)的關(guān)鍵，為大規(guī)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(chǎn)，是科研人員攻關(guān)的方向。傳統(tǒng)速鉆橋塞壓后需要鉆磨，作業(yè)時間長，風險高，復(fù)雜處理難度大�？扇軜蛉�、可溶球座等可溶壓裂工具可以避免這些問題。據(jù)工程技術(shù)研究院副總經(jīng)理（副院長）兼休斯敦技術(shù)研究中心副主任王旭介紹，工程技術(shù)研究院立足“自主材料、自主設(shè)計、自主產(chǎn)業(yè)化、自主知識產(chǎn)權(quán)”全產(chǎn)業(yè)鏈突破，創(chuàng)新研發(fā)了高性能可溶材料和可溶橋塞等系列產(chǎn)品，已經(jīng)建成年產(chǎn)1萬只橋塞的產(chǎn)業(yè)能力，為水平井分段壓裂技術(shù)提供核心利器。
精準模擬和優(yōu)化非常規(guī)油氣水力壓裂的復(fù)雜裂縫一直是讓科研人員“頭疼”的難題。使用常規(guī)壓裂模擬技術(shù)，經(jīng)常會因為“無法預(yù)知”水力壓裂裂縫的復(fù)雜程度而導(dǎo)致壓裂改造不徹底，壓裂成功率低，油井增產(chǎn)無法得到保障。對此，科技人員聚焦痛點，致力復(fù)雜縫網(wǎng)體積壓裂模擬，創(chuàng)新實現(xiàn)了頁巖氣水平井無限級壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)模擬和暫堵轉(zhuǎn)向工藝模擬，實現(xiàn)多場、多尺度及動態(tài)過程的耦合分段多簇壓裂縫網(wǎng)擴展模擬，解決了體積壓裂復(fù)雜裂縫動態(tài)擴展模擬和精確計算問題。
數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型持續(xù)保障油氣資源高效開發(fā)
面對日益復(fù)雜的地質(zhì)儲層環(huán)境，特別是深層和超深層、非常規(guī)油氣儲層改造的技術(shù)難題，亟須探索實現(xiàn)體積壓裂改造的新方法。
通過創(chuàng)新理念，積極轉(zhuǎn)變觀念，逐漸實現(xiàn)從經(jīng)典理論下的壓裂技術(shù)走向體積改造技術(shù)。在借鑒美國壓裂技術(shù)的同時，系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)儲層改造技術(shù)特色，研究出適合我國的技術(shù)體系。同時，需要進一步研發(fā)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(fù)雜縫網(wǎng)體積壓裂地質(zhì)一體化設(shè)計軟件、分布式光纖監(jiān)測及壓后效果評價五大技術(shù)，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(guī)油氣開發(fā)提供有效助力，保障油氣穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。
數(shù)字化、智能化技術(shù)對石油行業(yè)的影響不可小覷，石油行業(yè)變革大勢所趨。大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能在壓裂技術(shù)上的應(yīng)用正逐漸普及。以人工智能為基礎(chǔ)算法的體積壓裂技術(shù)，將實現(xiàn)理論、經(jīng)驗和管理的深度革命，配套地面壓裂智能化系統(tǒng)、智能壓裂設(shè)備和井下液體、支撐劑、裂縫形態(tài)的動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，將極大提高壓裂施工效率，后期通過精細化管理，可實現(xiàn)高效動用油氣資源儲量，最大限度保障能源安全。