頁巖油儲層改造和高效開發(fā)技術(shù)的研究

王芳回 范維兵

摘要：由于勘探技術(shù)的不斷進步，頁巖油的開發(fā)取得顯著成效，可供開采的資源持續(xù)增加，頁巖油很有可能成為我國主力開采資源，經(jīng)過對國內(nèi)外與之相關(guān)的文獻進行研究，對頁巖油國內(nèi)外開發(fā)歷程、儲層改造技術(shù)以及開發(fā)技術(shù)的分析與整理。本文主要是對水平井鉆井技術(shù)、“工業(yè)化作業(yè)”和地質(zhì)工程一體化技術(shù)進行深刻研究與探討。

關(guān)鍵詞：頁巖油;壓裂;水平鉆井

前言：在目前看來，在所有非常規(guī)油氣資源之中，頁巖油資源的開采前景最為開闊，這引發(fā)了石油產(chǎn)業(yè)的高度重視。由此看來，能夠掌握頁巖油的科學(xué)且高效的開發(fā)技術(shù)極其重要。因此，對于頁巖油儲層改造的新共識、新技術(shù)、新觀念的指出，可以高效提升對頁巖油的革命。

一、頁巖油開發(fā)歷程

（一）國內(nèi)頁巖油開發(fā)歷程

我國頁巖油的可采資源量居世界第三位，高達44.8×108噸。頁巖油很有可能躋身成為石油勘探領(lǐng)域的“領(lǐng)軍者”。我國頁巖油主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、華北盆地、松遼盆地等47個盆地。目前，新安邊油田是我國第一個億噸級的頁巖油田，吉林油田的建產(chǎn)量也達到30×104噸。我國的石油企業(yè)逐漸根據(jù)頁巖油的開發(fā)思路，展開技術(shù)攻克，實行試驗區(qū)的建設(shè)，現(xiàn)在已經(jīng)有所進展，并且發(fā)展空間極大[1]。

（二）國外頁巖油開發(fā)歷程

1953年，第一個頁巖油藏是在美國的威利斯頓盆地中發(fā)現(xiàn)的，于兩年后開始正式投產(chǎn)。2005年以來，由于美國致密油與海相頁巖油的勘探開發(fā)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，由此動搖了世界能源的格局。由于美國大部分的石油企業(yè)大力推進頁巖油的開發(fā)，致使2017年美國的致密油與頁巖油產(chǎn)量高達2.57×108m3。

二、頁巖油儲層改造技術(shù)進展

（一）儲層改造技術(shù)特點

高效率、低成本是頁巖油儲層的基本改造理念，通過壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)，以此獲取最大的體積進行改造。在北美，頁巖油儲層改造技術(shù)已經(jīng)成熟，同時具有集約化、精細(xì)化和一體化等特色。

1.完井壓裂一體化

一般情況下，開發(fā)油田需要在地質(zhì)上先考慮完井方式，然后再選用分段壓裂技術(shù)。然而，對于北美頁巖油的開發(fā)則是應(yīng)該運用將完井和壓裂相結(jié)合的方式，在確定完井方式之前，預(yù)測水力噴射、套管泵送橋塞、裸眼滑套等影響產(chǎn)能的不同壓裂方式。這樣做是為了地址和工程一體化，將鉆井置于壓裂方式選取之后，用最優(yōu)化的開發(fā)技術(shù)來計劃鉆井的完井方式、水平段長度、井眼軌道和穿行層位等工作[2]。

2.壓裂設(shè)計精細(xì)化

將每個部分的壓裂都進行精細(xì)化設(shè)計，可以有效發(fā)揮任何壓裂位置的產(chǎn)油能力，其中包括射孔簇數(shù)和壓裂技術(shù)、工程“甜點”與地質(zhì)“甜點”（簡稱“雙甜點”）、壓裂用量和組合以及砂液比等，這充分體現(xiàn)了“一段一案，一井一策”。

（二）微地震裂縫測試和診斷技術(shù)

20世紀(jì)90年代后，裂縫反演、壓裂管理和油藏動態(tài)監(jiān)測的工作慢慢開始運用微地震監(jiān)測技術(shù)。而這項技術(shù)可以實時監(jiān)控壓裂過程錯斷或破裂而出現(xiàn)的微地震，以此顯示出壓裂過程中水壓裂縫的方位、縫長和縫高等參數(shù)，并且及時做出參數(shù)調(diào)整，整體評價壓裂效果，然后將壓裂作出高效指導(dǎo)。在國內(nèi)，東方物探成功自主研發(fā)出微地震實時監(jiān)測系統(tǒng)，為非常規(guī)油氣開發(fā)提供縫網(wǎng)形態(tài)指導(dǎo)壓裂和識別斷層或天然裂縫調(diào)整開發(fā)方案等發(fā)揮了積極作用，為中國非常規(guī)油氣的開發(fā)作出了不小的貢獻。在國外，2006年威德福公司推行微地震壓裂檢測技術(shù)，而這是第一次將此技術(shù)應(yīng)用于油氣勘探領(lǐng)域。

三、頁巖油開發(fā)技術(shù)

（一）水平井鉆井技術(shù)

水平井鉆井技術(shù)由瑞士工程師首次提出，此技術(shù)用于生產(chǎn)，它能夠提高頁巖儲層和井筒的基礎(chǔ)面積，以此增加頁巖氣的產(chǎn)量。目前看來，水平井鉆井技術(shù)正朝著結(jié)合油層物理、地質(zhì)、工程技術(shù)、地球物理等諸多因素的合成系統(tǒng)的方向發(fā)展。近年來，由于不斷發(fā)展水平井技術(shù)，尤其是鉆井液、隨鉆測井、隨鉆測量、水平井軌跡設(shè)計技術(shù)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)等技術(shù)的開發(fā)，萌生出了各種創(chuàng)新的水平井技術(shù)的出現(xiàn)，也慢慢成為非常規(guī)油氣資源開發(fā)的研發(fā)手段。

（二）“工廠化”作業(yè)

相較于傳統(tǒng)方法而言，“工業(yè)化”作業(yè)的占地面積較小，可以進行批量鉆井、壓裂，由此增加生產(chǎn)效率，降低設(shè)備遷移成本。因為大批量井之間距離較近，所以在“工業(yè)化”作業(yè)時更加有助于回收利用壓裂液和鉆井液。現(xiàn)在“工業(yè)化”施工主要應(yīng)用叢式水平井組的方法操作，一般情況下，鉆6-10口叢式水平井只需一個平臺。“多平臺式工廠化”的是未來的主要生產(chǎn)方式，這可以最大化有效利用平臺井。“工廠化”是運用最模塊化裝備、標(biāo)準(zhǔn)化體系和流水線化作業(yè)對多口井展開鉆井、反排、生產(chǎn)等同步完成的工作。而這一系列的程序在北美已經(jīng)可以熟練地應(yīng)用。

（三）地質(zhì)工程一體化技術(shù)

將灰色關(guān)聯(lián)分析法和層次分析法與頁巖油開采特點相結(jié)合，成為地質(zhì)工程體系化的復(fù)合數(shù)學(xué)建模方案。一方面，合理地融合了頁巖油地質(zhì)開采成果，另一方面，含有數(shù)學(xué)模型的嚴(yán)密性與科學(xué)性，這可以在最低成本內(nèi)開采頁巖油。杜洪凌等人采取調(diào)節(jié)鉆井液體系、優(yōu)化鉆井技術(shù)、創(chuàng)建巖石力學(xué)模型等多種類舉措，把工程實踐與區(qū)塊地質(zhì)認(rèn)識相融合，實現(xiàn)了致密油產(chǎn)量的快速提升，因此，在近期區(qū)塊展開了大規(guī)模的建產(chǎn)工作。

（四）水力壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)是頁巖油儲層改造最常用的方法，這在頁巖油開發(fā)中起到了非常重要的成效。在巖層儲存中，頁巖的基本結(jié)構(gòu)特征是較為發(fā)育的天然裂縫和層理等弱結(jié)構(gòu)面，了解后就可以大力開展對水力裂縫擴展行為的研究。然而，頁巖油儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括泥頁巖、碳酸鹽巖、砂巖等。壓裂改造技術(shù)也要考慮不同種類的頁巖油儲層結(jié)構(gòu)，所以，對頁巖油的高效開采的前提是對其進行綜合性儲層評估。

結(jié)論：綜上所述，為了促進經(jīng)濟快速發(fā)展，頁巖油的開采指日可待，由于頁巖油在地下層想要實現(xiàn)開采，還是需要配合一些科學(xué)且其低成本的技術(shù)，如對多平臺式工業(yè)化的研究，這可以將資源充分利用。將多種技術(shù)相結(jié)合，這使得在開采頁巖油時可以減少不必要的人力物力的資源浪費，并且頁巖油的有效開發(fā)還可以促進我國經(jīng)濟發(fā)展。

參考文獻：

[1]管保山，劉玉婷，梁利.頁巖油儲層改造和高效開發(fā)技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2019，41（02）

[2]陳作，劉紅磊，李英杰.國內(nèi)外頁巖油儲層改造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2021，49（04）