體積壓裂與常規壓裂投資與效益的對比分析——以川南地區及長寧—威遠頁巖氣示范區為例

陳云金 張明軍 李微 王槐金 張艷

中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦

為進一步提高四川盆地川南地區單井天然氣產量，中國石油西南油氣田公司在對上三疊統須家河組致密砂巖氣藏、下志留統龍馬溪組頁巖氣藏的勘探開發過程中，廣泛采用了體積壓裂工藝。在此過程中，鉆井投資和測試產量都同比增加。因此有必要分析對比體積壓裂與常規壓裂工藝的投資與效益情況，從而為經濟有效開發上述氣藏提供依據和支撐。

1 常規壓裂與體積壓裂的主要內涵和特征

1.1 主要內涵

常規壓裂、體積壓裂同屬加砂壓裂工藝，但二者間沒有嚴格的區分界線和準確定義，根據中國石油西南油氣田公司《關于中國石油天然氣集團公司“壓裂工程統一計價標準”結算有關事項的通知》及《關于中國石油天然氣集團公司“壓裂工程統一計價標準（試行稿）”實施方案的通知》，把加砂壓裂液體規模小于1500m3的定義為常規壓裂，液體規模大于等于1500m3的稱為體積壓裂。因此，體積壓裂是加砂壓裂過程中加大液體規模、增加支撐劑數量、提高施工泵壓、加大泵注排量，迫使油氣儲層天然裂縫不斷擴張、脆性巖石產生剪切滑移，實現儲層在長、寬、高三維方向的“立體改造”［1］。

在川南地區，體積壓裂工藝主要用于須家河組致密砂巖、龍馬溪組頁巖等脆性巖石氣藏［2－3］，常規壓裂工藝主要針對下三疊統嘉陵江組碳酸鹽巖、下二疊統茅口組泥質灰巖等氣藏。水平井完井后，對裸眼完成井在水平段下入多級分層封隔器，對射孔完成井采用泵送方式下入多級可鉆電纜橋塞，然后對油氣儲層分段逐級進行加砂壓裂［4－5］。由于水平段長度介于800～1 500m，分級分段為5～17段，此時加砂壓裂不能采用傳統的常規液體量和支撐劑規模，即常規壓裂方式對油氣儲層進行改造，而必須采用體積壓裂工藝［6］。

1.2 主要特征

體積壓裂相比常規壓裂主要有以下特征：①施工液量大1 500～25 000m3，施工排量大10m3／min以上；②小粒徑支撐劑、支撐劑一般采用70／100目～40／70目陶粒；③低砂比，平均砂液比為3%～5%，最高砂液比不超過10%；④壓裂液體以低黏度滑溜水為主，可采用陰離子聚合物，也可用低濃度胍膠液；⑤具有儲層鉆遇率高的超長水平段；⑥壓裂后油氣儲層交錯形成“立體式”的網狀裂縫通道［7－10］。

2 體積壓裂與常規壓裂投資變化趨勢比對分析

2.1 體積壓裂與常規壓裂鉆井投資井數變化趨勢

2010年—2013年中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦（以下簡稱蜀南氣礦）在四川盆地川南地區加砂壓裂累計完成77口井：其中體積壓裂38口井（須加河組砂巖24口井、龍馬溪組頁巖氣14口井），占比49.35%；常規壓裂39口井，占比50.65%。在此期間，2010年加砂壓裂11口井：其中體積壓裂1口井，占比9.09%，常規壓裂10口井，占比90.91%；2011年加砂壓裂17口井：其中體積壓裂5口井，占比29.41%，常規壓裂12口井，占比70.59%；2012年加砂壓裂28口井：其中體積壓裂16口井，占比57.14%，常規壓裂12口井，占比42.86%；2013年加砂壓裂21口井：其中體積壓裂16口井，占比76.19%，常規壓裂5口井，占比23.81%，由此可見，在4年中，體積壓裂井數占比呈明顯上升趨勢（圖1）。

圖1 2010年—2013年體積壓裂與常規壓裂鉆井投資井數占比對比圖

2.2 體積壓裂與常規壓裂鉆井投資變化趨勢

2010年—2013年蜀南氣礦在川南地區加砂壓裂鉆井累計投資267 623萬元：其中體積壓裂179 231萬元、占比 66.97%，常規壓裂 88 392 萬元、占比33.03%。在此期間，2010年加砂壓裂投資21 311萬元：其中體積壓裂5 386萬元，占比25.25%，常規壓裂15 925萬元，占比74.75%；2011年加砂壓裂投資59 344萬 元：其 中 體 積 壓 裂 28 608 萬 元，占 比48.21%，常規壓裂30 736萬元，占比51.79%；2012年投資107 910萬元：其中體積壓裂80 645萬元，占比74.73%，常規壓裂27 265萬元，占比25.27%；2013年投資79 058萬元：其中體積壓裂64 592，占比81.7%，常規壓裂14 466萬元，占比18.3%，體積壓裂投資占比呈逐漸上升趨勢（圖2）。

3 體積壓裂與常規壓裂井口測試產量比對分析

3.1 體積壓裂與常規壓裂井口測試產量情況

2010年—2013年蜀南氣礦在川南地區加砂壓裂鉆井累計測試產量732.49×104m3／d：其中體積壓裂獲取測試產量497.63×104m3／d，占比67.94%，常規壓裂獲取測試產量234.86×104m3／d，占比32.06%。在此期間，2010年測試產量39.82×104m3／d：其中體積壓裂1.08×104m3／d，占比2.79%，常規壓裂38.74×104m3／d，占比97.21%；2011年測試產量48.24×104m3／d：其 中 體 積 壓 裂 35.41×104m3／d，占 比73.4%，常規壓裂12.83×104m3／d，占比26.6%；2012年測試產量498.89×104m3／d：其中體積壓裂322.52×104m3／d，占比64.65%，常規壓裂176.37×104m3／d，占比35.35%；2013年測試產量145.54×104m3／d：其中體積壓裂138.62×104m3／d，占比95.25%，常規壓裂6.92×104m3／d，占比4.75%，體積壓裂測試產量占比呈上升趨勢（圖3）。

圖3 2010年—2013年體積壓裂與常規壓裂鉆井測試產量占比對比圖

3.2 體積壓裂與常規壓裂投入和井口測試產量比對分析

從投資情況來看，38口體積壓裂井179 231萬元是39口常規壓裂井88 392萬元的2.03倍；從產量情況來看，38口體積壓裂井479.63×104m3／d是39口常規壓裂井234.86×104m3／d的2.12倍。而平均單井投資體積壓裂4 717萬元／井是常規壓裂2 266萬元／井的2.08倍；平均單井測試產量體積壓裂13.1 m3／d是常規壓裂6.02m3／d的2.18倍。

評價結果表明：體積壓裂與常規壓裂相比，體積壓裂工藝產出增長率大于投資增長率，所以是效益投資。

4 體積壓裂與常規壓裂每立方米獲氣成本、獲氣成功率比對分析

4.1 體積壓裂與常規壓裂每立方米獲氣成本評價

分析可知2010年—2013年體積壓裂每立方米獲氣成本呈下降趨勢（圖4），獲氣成本從2010年的4 987元／m3下降到155元／m3，鉆井新工藝配套技術的完善與應用，是體積壓裂獲氣成本下降的主要因素；常規壓裂獲氣成本隨機變化，主要決定因素在于油氣儲層本身的性能（儲量）。以上統計資料表明2010年—2013年體積壓裂總投資為179 231萬元，總測試產量為497.63×104m3／d，平均獲氣成本為360.17元／m3；常規壓裂總投資為88 392萬元，總測試產量為234.86×104m3／d，平均獲氣成本為376.36元／m3。

圖4 2010年—2013年體積壓裂與常規壓裂1m3獲氣成本對比圖

評價結果：體積壓裂比常規壓裂降低了16.19元／m3獲氣成本，從而縮減了鉆井投資回報周期。

4.2 體積壓裂與常規壓裂獲氣成功率評價

38口體積壓裂井有29口井獲氣，獲氣成功率為76.32%；39口常規壓裂井有23口井獲氣、獲氣成功率為58.97%（表1）。

評價結果：體積壓裂獲氣成功率比常規壓裂高17.35%，采用體積壓裂提高了儲量動用率，增加了油氣可采儲量。

表1 體積壓裂與常規壓裂獲氣成功率對比表

5 體積壓裂工藝的應用成果評價

5.1 體積壓裂工藝在重復壓裂中的應用成果評價

重復壓裂即采用常規壓裂工藝進行儲層改造后，因效果不佳，后期對同井同層再實施體積壓裂，加大儲層改造力度的工藝。2006年5月蜀南氣礦使用155 m3胍膠壓裂液、19m3支撐劑對安岳2井須二段儲層進行常規壓裂，獲天然氣測試產量0.813×104m3／d及少量油，無工業性價值。2013年3月應用體積壓裂工藝，加大規模使用2 502m3FR66壓裂液、78m3支撐劑對安岳2井須二段（同一層位）進行重復壓裂，獲天然氣測試產量6.49×104m3／d、油15t／d。

評價結果：應用體積壓裂工藝進行重復壓裂是提高單井天然氣產量的有效措施。

5.2 體積壓裂工藝在長寧—威遠頁巖氣示范區塊勘探開發中的應用成果評價

在鉆井工藝配套技術的支撐下，長寧—威遠國家級頁巖氣示范區塊已完成14口頁巖氣鉆井。頁巖氣勘探開發從2010年第一口威201井至2013年完成的威204井，體積壓裂規模逐步增大，液量從5 380m3增加至23 400m3，天然氣測試產能從1.08×104m3／d逐步遞增至16×104m3／d。

評價結果：實踐證明，儲層改造體積越大，壓后油氣增產效果越明顯。

6 結論

體積壓裂工藝對油氣儲層的“立體改造”，使儲層形成了網狀式裂縫通道，是不斷提高儲量動用率、提高單井產量的最佳途徑［11－13］。通過比較體積壓裂與常規壓裂的投資、測試產量等變化趨勢，獲得以下認識：體積壓裂工藝的廣泛應用獲得了倍增的測試產量、提高了獲氣成功率、降低了每立方米獲氣成本，縮短了投資回報周期，確保了鉆井工程的效益和勘探開發的成效。因此體積壓裂比常規壓裂有更好的投資效益。安岳2井進行重復壓裂取得的顯著成效及長寧—威遠頁巖氣示范區塊體積壓裂工藝的成功應用，表明體積壓裂及其配套工藝技術對今后勘探開發四川盆地低滲透油氣儲層、非常規油氣藏方面有巨大優勢和廣泛前景。

［1］吳奇，胥云，王騰飛，等.增產改造理念的重大變革——體積改造技術概論［J］.天然氣工業，2011，31（4）：7－12.WU Qi，XU Yun，WANG Tengfei，et al.The revolution of reservoir stimulation：An introduction of volume fracturing［J］.Natural Gas Industry，2011，31（4）：7－12.

［2］陳作，薛承瑾，蔣廷學，等.頁巖氣井體積壓裂技術在我國的應用建議［J］.天然氣工業，2010，30（10）：30－32.CHEN Zuo，XUE Chengjin，JIANG Tingxue，et al.Proposals for the application of fracturing by stimulated reservoir volume（SRV）in shale ags wells in China［J］.Natural Gas Industry，2010，30（10）：30－32.

［3］朱華，姜文利，邊瑞康，等.頁巖氣資源評價方法體系及其應用——以川西坳陷為例［J］.天然氣工業，2009，29（12）：130－134.ZHU Hua，JIANG Wenli，BIAN Ruikang，et al.Shale gas assessment methodology and its application：A case study of the western Sichuan Depression［J］.Natural Gas Industry，2009，29（12）：130－134.

［4］何光懷，李進步，王繼平，等.蘇里格氣田開發技術新進展及展望［J］.天然氣工業，2011，31（2）：12－16.HE Guanghuai，LI Jinbu，WANG Jiping，et al.The latest technology progress and prospect of development for Sulige gas field［J］.Natural Gas Industry，2011，31（2）：12－16.

［5］姚中輝，張俊華.體積壓裂技術在石油開發中的應用［J］.中國新技術新產品，2013（3）：173.YAO Zhonghui，ZHANG Junhua.Application of volume fracturing in petroleum development［J］.China New Technologies and New Products，2013（3）：173.

［6］陳作，王振鐸，曾華國.水平井分段壓裂工藝技術現狀及展望［J］.天然氣工業，2007，27（9）：78－80.CHEN Zuo，WANG Zhenduo，ZENG Huaguo.Status quo and prospect of staged fracturing technique in horizontal wells［J］.Natural Gas Industry，2007，27（9）：78－80.

［7］雷群，胥云，蔣廷學，等.用于提高低—特低滲透油氣藏改造效果的縫網壓裂技術［J］.石油學報，2009，30（2）：237－241.LEI Qun，XU Yun，JIANG Tingxue，et al."Fracture network"fracturing technique for improving post－fracturing performance of low and ultra－low permeability reservoirs［J］.Acta Petrolei Sinica，2009，30（2）：237－241.

［8］郁伯銘，徐鵬，陳俊.裂縫網絡多孔介質滲流特性研究［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2007，22（2）：21－22.YU Baiming，XU Peng，CHEN Jun.Study on the seepage characteristics in fractured network porous media［J］.Journal of Xi′an Shiyou University：Natural Science Edition，2007，22（2）：21－22.

［9］曾聯波.低滲透砂巖儲層裂縫的形成與分布［M］.北京：科學出版社，2008：155－159.ZENG Lianbo.Formation and distribution of low permeable sublayer sandstone reservoir split［M］.Beijing：Science Press，2008：155－159.

［10］張金川，姜生玲，唐玄，等.我國頁巖氣富集類型及資源特點［J］.天然氣工業，2009，29（12）：109－114.ZHANG Jinchuan，JIANG Shengling，TANG Xuan，et al.Accumulation types and resources characteristics of shale gas in China［J］.Natural Gas Industry，2009，29（12）：109－114.

［11］李玉喜，聶海寬，龍鵬宇.我國富含有機質泥頁巖發育特點與頁巖氣戰略選區［J］.天然氣工業，2009，29（12）：115－118.LI Yuxi，NIE Haikuan，LONG Pengyu.Development characteristics of organic－rich shale and strategic selection of shale gas exploration area in China［J］.Natural Gas Industry，2009，29（12）：115－118.

［12］張金川，薛會，張德明，等.頁巖氣及其成藏機理［J］.現代地質，2003，17（4）：466.ZHANG Jinchuan，XUE Hui，ZHANG Deming，et al.Shale gas and its formation mechanism ［J］.Geoscience，2003，17（4）：466.

［13］李桂范，趙鵬大.地質異常找礦理論在頁巖氣勘探中的應用［J］.天然氣工業，2009，29（12）：119－124.LI Guifan，ZHAO Pengda.Application of geo－anomaly ore－prospecting theory to shale gas exploration［J］.Natural Gas Industry，2009，29（12）：119－124.