蒋廷学:水利压裂技术是提升采收率的关键技术

时间:2020-06-16 16:38 来源:石油与装备杂志
日前,由北京石油展组委会主办,《石油与装备》媒体支持的cippe线上展会压裂设备推介直播活动在京开幕。本次直播活动邀请到了中国工程院康玉柱院士、中石油勘探研究院胥云专家、中石化工程技术研究院储层改造所蒋廷学所长等业内知名专家。专家们作为评委和大会顾问对参与推介的企业做了全面而又精准的点评。参加本次活动的企业是四家国际压裂设备生产企业商,包括宝鸡石油机械、中石化四机石油机械、宏华集团、中油科昊机械。
 
本次活动受到了油气装备行业的广泛关注,有4.3万专业观众在线观看了现场直播。直播现场采用无人机航拍、摄像摄影师跟拍,多角度、多机位、多现场,全方面展示压裂设备生产企业的产品及现场应用情况,为买卖双方搭建透明、便捷的对接平台,推动中国压裂技术装备产业发展。本次直播活动由胥云专家主持,蒋廷学所长做精彩点评,康玉柱院士做总结。直播现场,蒋廷学所长对水利压裂的技术发展进行了详细阐述与分析。
 
解决难采储量问题
 
水力压裂自1947年诞生已经历了70多年的发展历史。自诞生之日起,就一直在不同类型油气藏的勘探与开发中发挥着举足轻重的作用,从早期的单井增产增注战术性手段,逐步发展成为考虑井网及采收率的整体压裂、开发压裂及井工厂压裂等战略性举措,最大限度地实现了稀井高产的目标。最近十年来,每年新发现的探明储量中,绝大多数是低渗、致密、超深、复杂岩性等难采油气储量,都亟需水力压裂技术的升级换代以不断提高技术的适应性和针对性。尤其是在页岩油气和干热岩等非常规领域,水力压裂也发挥着重要作用。
 
特别是水平井分段压裂技术及井工厂作业模式,催生了美国的页岩气革命及能源独立,也带动了中国的页岩气正式进入商业大规模开发阶段,如中石化的涪陵页岩气田及中石油的长宁-威远页岩气田的相继诞生,极大地促进了中国能源行业的清洁、低碳和绿色发展的进程。可以说,水力压裂技术始终贯穿于油气勘探开发的全生命周期。即使在油气田开发的中后期,水力压裂也是油气藏管理的重要手段。如通过水力压裂裂缝的纵向穿层技术,将不同物性及压力系数的层位纳入一套开发系统。
 
此外,生产中后期的一次或多次重复压裂技术可以动用未被油气渗流波及的区域,从而极大地降低了钻新井的费用。此外,压裂还可与二次注水及三次采油相结合,最大限度地提高油气藏的有效动用体积及整体采收率。
 
压裂技术日新月异
 
与其它技术的发展规律相类似,水力压裂技术发展的更新换代速度也在加快。2002年以前,以直井为代表的压裂技术,从小型解堵性压裂到大型压裂经历了约30年的时间。之后,端部脱砂压裂、分层压裂、整体压裂、开发压裂等跨代压裂技术都集中在约20年左右的时间段内完成演变。
 
2002年以后,尤其是2005年之后,以水平井为代表的压裂技术,在15年左右的时间内,已发展为水平井分段压裂、水平井复杂缝网压裂、水平井体积压裂(SRV)、水平井有效支撑体积压裂(ESRV或PSRV)及水平井强化有效支撑体积压裂技术(目前常称之为第三代压裂技术)及井工厂作业模式等,段长与簇间距逐渐降低,小粒径支撑剂占比及加砂强度等逐渐加大,压裂测试效果逐年提升。
 
作为压裂工艺技术的配套产品,压裂液的发展也多种多样,并在不同油气藏开发中发挥了不可替代的作用。同时,井下工具已逐渐发展为滑套类、桥塞类、水力喷射类等等工具。这些工具都极大满足了不同完井方式下水平井分段压裂的需求。
 
低油价下的发展方向
 
如何在当前20-30美元每桶的极低油价下生存下去,是摆在水力压裂技术研发与工程应用人员面前的迫切课题。国内的储层条件远差于国外同类储层,国外的压裂技术在中国经常水土不服,因此,也亟待攻克适合中国储层特征的独特压裂技术体系。压裂的核心技术,如模拟设计软件及裂缝监测软件等,都必须牢牢地掌握在中国人自己的手中,才能确保我们国家的能源战略安全。概况而言,压裂技术总体上应向低成本、高效能、绿色环保、智能化等四个方向发展。
 
一是低成本压裂技术,包括由地质工程甜点、甜度到可压度的可压性系列评价技术、水平井分段一次或多次重复压裂技术(具有应力趋同效应,通过裂缝转向,减少钻井数量。包括再造井筒技术、大通径分段重复压裂工具等技术分支)、小井眼钻完井及分段压裂技术、短半径径向水力喷射侧钻水平井分段压裂技术、超低浓度压裂液及其重复利用技术、广谱性可溶桥塞、不同类型工具的重复利用及长寿命管道气或电能驱动的压裂泵等。
 
二是高效能压裂技术,包括多尺度复杂裂缝高通道压裂技术、密切割多簇裂缝均衡延伸控制技术、多级双暂堵压裂技术、大位移及长水平段(水平段超4000m)分段压裂技术、多分支井分段压裂技术、高密度井工厂压裂技术、多层井工厂压裂技术、软压裂技术、低黏强携砂压裂液、原位成形支撑剂(由压裂液就地转变)、纳米级支撑剂及纳米改性支撑剂、多簇趾端滑套、串联式及定向水力喷射工具、8000-10000m超长连续油管作业车、高变频压裂泵(软压裂或产生复杂裂缝需要岩石的疲劳破坏时用到)等。
 
目前,国内所有的高效体积压裂都向“密切割、强加砂、暂堵”方向转变,但也不能一味追求所谓的高指标。具体而言,密切割必然带来多簇的非均匀破裂、非均匀延伸、缝高及SRV受限等问题;强加砂不是主裂缝的强加砂,而小尺度裂缝强加砂更为关键,且加砂强度也并非越高越好;暂堵转向目前的暂堵球及工艺参数是难以满足真正选择性暂堵的目的的,尤其是缝内的多级暂堵转向在暂堵模式及工艺参数上都有诸多缺陷,井筒暂堵球因密度大往往封堵了不需要的簇孔眼,这些都需要今后进一步攻关解决。
 
三是绿色环保压裂技术,包括无水压裂技术、少水压裂技术、防套变压裂技术、泡沫及微泡沫压裂液、高黏的超临界二氧化碳增稠压裂液、长时间连续工况下高功率管道气或电能驱动的无噪音压裂车等。
 
四是智能化压裂技术,包括基于大数据及云计算的智能化选井选层、产量预测及工艺参数优化设计技术;智能响应性压裂液;智能测控井下工具;裂缝智能精准控制技术;压裂车及各配套设备间智能控制系统、现场无人值守压裂施工智能指挥系统,以及分簇多尺度支撑裂缝监测技术。
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