雷群，胥云，楊戰(zhàn)偉，才博，王欣，周朗，劉會(huì)鋒，徐敏杰，王麗偉，李帥

（1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國石油西南油氣田公司，成都 610051；3. 中國石油塔里木油田公司，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

近年來，全球深層—超深層油氣儲(chǔ)集層已成為重要勘探領(lǐng)域之一，陸上及海上深層—超深層均取得重大勘探發(fā)現(xiàn)[1]。中國深層—超深層油氣資源豐富、分布區(qū)域廣、儲(chǔ)集層類型多樣，近年同樣取得了重要突破，截至2018年，發(fā)現(xiàn)石油地質(zhì)儲(chǔ)量約3 500×108t，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量約 300×1012m3，其中，石油探明儲(chǔ)量約120×108t、天然氣探明儲(chǔ)量約 10×1012m3[2]。典型代表東部為環(huán)渤海灣盆地古潛山、西部為塔里木盆地庫車山前和四川盆地震旦系等[2]。深層—超深層油氣儲(chǔ)集層探明率低、產(chǎn)量占比低，增儲(chǔ)上產(chǎn)空間較大。超深油氣儲(chǔ)集層具有埋藏深（6 500～8 882 m）、溫度高（150～200 ℃）、壓力高（105～155 MPa）等特殊地質(zhì)條件，儲(chǔ)集層改造技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用面臨諸多難題[3]。

本文通過回顧超深層油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)的發(fā)展歷程，系統(tǒng)闡述了國內(nèi)外超深層儲(chǔ)集層改造技術(shù)特色，明確了目前超深層儲(chǔ)集層改造技術(shù)已由傳統(tǒng)直井籠統(tǒng)改造發(fā)展為現(xiàn)代改造理論指導(dǎo)下的直井多層改造及水平井多段縫控改造；國外發(fā)展重點(diǎn)為耐高溫高壓的裝備工具、井筒完整性技術(shù)、安全作業(yè)技術(shù)等的成熟配套；與國外相比，中國在超深層改造液加重技術(shù)、材料研發(fā)方面處于領(lǐng)先地位，但在裝備工具方面相對(duì)落后。通過全面剖析國內(nèi)超深層油氣藏的地質(zhì)特點(diǎn)、儲(chǔ)集層改造技術(shù)存在的主要難點(diǎn)、未來的技術(shù)需求，提出了超深層油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)的發(fā)展方向。

1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外超深層油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)發(fā)展歷程

北美20世紀(jì)60年代開始啟動(dòng)超深儲(chǔ)集層鉆井試驗(yàn)，在密西西比、墨西哥灣、北海等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了超深層油氣藏效益開發(fā)，最深井達(dá)10 960 m，超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)隨著該類油氣藏的成功開發(fā)不斷進(jìn)步，其發(fā)展歷程可分為3個(gè)階段。

①直井常規(guī)酸化解堵改造（2000年之前）：主要以酸化和小規(guī)模加砂壓裂解除鉆完井液污染為目的，部分巨厚層采用機(jī)械分層進(jìn)行簡單分層改造。該階段主要針對(duì)儲(chǔ)集層物性較好、壓力系數(shù)較高的油氣藏，酸化及小規(guī)模加砂可有效解除近井筒儲(chǔ)集層污染，取得良好的增產(chǎn)效果[4]。

②直井加砂壓裂改造（2000—2010年）：耐高溫壓裂液、加重壓裂液及耐高溫高壓機(jī)械分層工具取得突破后，直井多層加砂壓裂技術(shù)獲得較快發(fā)展。該階段開始了超深層安全完井、耐高溫高壓新材料、封隔器及射孔工具、井下安全閥、智能監(jiān)控與生產(chǎn)系統(tǒng)的研發(fā)，形成確保井筒完整性的完井壓裂及安全作業(yè)配套技術(shù)[5]。

③改造技術(shù)多樣化發(fā)展（2010年至今）：由于超深儲(chǔ)集層類型越來越復(fù)雜，儲(chǔ)集層改造技術(shù)需求呈現(xiàn)多樣化，超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)也呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。國際油服公司研發(fā)了耐溫近180 ℃且耐高壓的封隔器與快鉆/可溶橋塞、耐溫220 ℃壓裂液、與酸液配套的耐溫 160 ℃以上緩蝕劑體系、耐高溫暫堵轉(zhuǎn)向材料、具有7 000 m以深作業(yè)能力的連續(xù)油管設(shè)備、耐高壓井口作業(yè)設(shè)備、泵送設(shè)備等一系列新工具、新材料、新設(shè)備，促進(jìn)了超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)的進(jìn)步，滿足了超深碎屑巖、超深碳酸鹽巖及超深火山巖儲(chǔ)集層改造需求[6-7]。

1.2 中國超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)發(fā)展歷程

中國1976年完鉆第一口6 000 m超深井（女基1井），超深儲(chǔ)集層改造技術(shù)也隨之發(fā)展，從垂深6 000 m逐步拓展到8 000 m以深井，截至2020年1月底，中國超深油氣儲(chǔ)集層改造最大井深達(dá)8 882 m。陸上超深層儲(chǔ)集層改造技術(shù)突破較明顯，海洋石油開發(fā)受制于鉆井平臺(tái)技術(shù)，僅能在近海開展勘探開發(fā)作業(yè)。發(fā)展歷程同樣分為3個(gè)階段。

①突破6 000 m以深井加砂壓裂（2000年前）：超深井改造早期受耐高溫高壓設(shè)備、工具及改造液材料性能的限制，以直井籠統(tǒng)改造為主。20世紀(jì)70年代為研究深層地應(yīng)力，國家地震局在華北大港油田周邊開展了4 000 m井深地層破裂壓裂試驗(yàn)[8]，90年代中期，塔里木東河油田成功實(shí)施了深6 000 m注水井加砂壓裂，突破了超深井加砂不成功的技術(shù)瓶頸。

②實(shí)現(xiàn)7 000 m以深井加砂壓裂（2000—2010年）：超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)在該階段獲得快速發(fā)展，以塔里木庫車山前超深層碎屑巖直井加砂改造及臺(tái)盆區(qū)碳酸鹽巖深層—超深層水平井分段改造為代表，超深層儲(chǔ)集層改造理論、工藝技術(shù)、改造液材料等均得到快速發(fā)展。加重改造液材料技術(shù)也取得明顯進(jìn)步：塔里木油田柯深101井（井深6 389 m）為國內(nèi)第一次采用溴鹽加重酸（密度1.35 g/cm3）酸化技術(shù)改造井，成為探索異常高應(yīng)力超深井儲(chǔ)集層改造新技術(shù)的起點(diǎn)；塔里木油田野云 2井首次采用加重壓裂液進(jìn)行施工，成功加入支撐劑28.5 m3；塔里木油田大北3井成功實(shí)現(xiàn)了7 000 m井加砂壓裂改造[9]；西南油氣田及塔河油田均實(shí)現(xiàn)了7 000 m以深直井多級(jí)大規(guī)模酸壓改造[10-11]；深層火山巖儲(chǔ)集層改造技術(shù)獲得突破[12]。

③實(shí)現(xiàn)8 000 m以深井成功改造（2010年至今）：近10年超深層改造技術(shù)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了7 000 m以深碎屑巖直井多級(jí)分層改造，同時(shí)成功實(shí)現(xiàn)8 000 m以深井酸壓改造。超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集層開發(fā)了復(fù)合酸壓及水平井分段轉(zhuǎn)向酸壓技術(shù)?？松?-2-8井是塔里木油田實(shí)施的第 1口超深層縫網(wǎng)加砂壓裂改造井，采用線性膠+凍膠+轉(zhuǎn)向劑壓裂液體系，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向并實(shí)施了井下微地震監(jiān)測(cè)[13]。

國內(nèi)外超深儲(chǔ)集層改造井最深已達(dá)10 960 m，地層壓力超過150 MPa，溫度超過200 ℃，改造液體系由常規(guī)壓裂液發(fā)展為加重壓裂液，工具及設(shè)備作業(yè)能力由抗壓105 MPa提高到140 MPa。國外主要在耐高溫高壓的裝備工具研發(fā)、井筒完整性技術(shù)、安全作業(yè)技術(shù)成熟配套等方面取得了重大突破，國內(nèi)則主要在超深層改造液加重技術(shù)及材料研發(fā)方面實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)[14-15]。

1.3 中國超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)主要進(jìn)展

超深儲(chǔ)集層工況條件復(fù)雜，改造技術(shù)研究方向主要集中在超深油氣儲(chǔ)集層改造理論、室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)、耐高溫加重改造液材料、耐高溫高壓井下分層工具、耐高壓作業(yè)設(shè)備、提高超深儲(chǔ)集層動(dòng)用率的優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面，通過多年的積累，這些技術(shù)發(fā)展較快。

1.3.1 超深油氣儲(chǔ)集層改造理論研究及室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)

重點(diǎn)開展了裂縫擴(kuò)展、流體流動(dòng)和支撐劑導(dǎo)流 3個(gè)方面的機(jī)理研究。超深儲(chǔ)集層高應(yīng)力及高兩向應(yīng)力差特征明顯，與射孔工藝相結(jié)合，采用單段射孔/雙段射孔+纖維暫堵工藝及定向射孔輔助，實(shí)現(xiàn)提高超深巨厚儲(chǔ)集層縱向改造程度。同時(shí)針對(duì)超深碳酸鹽巖儲(chǔ)集層，采用大型透明平行板實(shí)驗(yàn)裝置，研究了黏性指進(jìn)、酸巖反應(yīng)、液體流變特性及輸砂形態(tài)等，并通過分析酸壓及加砂壓裂各自的特點(diǎn)，結(jié)合交聯(lián)酸濾失控制及實(shí)現(xiàn)深穿透原理，形成了交聯(lián)酸攜砂工藝技術(shù)[16]。

超深儲(chǔ)集層實(shí)現(xiàn)體積改造需借助天然裂縫，理論分析認(rèn)為當(dāng)人工裂縫與天然裂縫夾角小于30°時(shí)，無論水平應(yīng)力差多大，天然裂縫均可能會(huì)張開；夾角為30°～60°時(shí)，水平應(yīng)力比（水平最大主應(yīng)力與水平最小主應(yīng)力之比）為 1.0～1.3時(shí)，天然裂縫會(huì)張開，具有形成縫網(wǎng)的條件，水平應(yīng)力比大于等于1.5時(shí)，天然裂縫不會(huì)張開，人工裂縫直接穿過天然裂縫向前延伸，不具有形成縫網(wǎng)的條件；夾角大于60°時(shí)，無論水平應(yīng)力比多大，天然裂縫都不會(huì)張開，人工裂縫直接穿過天然裂縫向前延伸，不具有形成縫網(wǎng)的條件[17]?；谠摾碚摽山⒉煌貐^(qū)超深儲(chǔ)集層能否形成縫網(wǎng)的理論判識(shí)圖表。如表 1即為庫車山前天然裂縫發(fā)育的超深碎屑巖儲(chǔ)集層能否形成縫網(wǎng)的理論判識(shí)圖表，根據(jù)表中地應(yīng)力方向與裂縫走向夾角大小，以及裂縫密度與交叉縫條數(shù)，可判斷改造形成縫網(wǎng)可能性及縫網(wǎng)規(guī)模。

表1 庫車山前超深井形成縫網(wǎng)判斷表及典型應(yīng)用井

為直接觀察水力裂縫在巖石中的擴(kuò)展形態(tài)，中國石油勘探開發(fā)研究院引進(jìn)了Terretak公司研發(fā)的邊長1 m立方體大巖樣全三維應(yīng)力加載水力壓裂實(shí)驗(yàn)裝備，最大實(shí)驗(yàn)加載應(yīng)力69 MPa，最大應(yīng)力差14 MPa，可加載孔隙壓力20 MPa，配套了24路聲波信號(hào)傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)解釋巖樣內(nèi)裂縫擴(kuò)展形態(tài)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，天然裂縫較發(fā)育的碳酸鹽巖，水平兩向應(yīng)力差為15 MPa時(shí)仍然能形成復(fù)雜縫網(wǎng)，改造工程參數(shù)排量與黏度乘積為1×10?8N·m數(shù)量級(jí)時(shí)，人工裂縫可溝通更多天然裂縫，形成縫網(wǎng)。在微裂縫發(fā)育的致密砂巖儲(chǔ)集層中加入暫堵劑材料，可以提高縫內(nèi)凈壓力達(dá)到開啟微裂縫的目的，在此條件下開展實(shí)驗(yàn)，有效探索了超深層高效改造工藝技術(shù)與超深層縫網(wǎng)的形成機(jī)理[18-19]。

1.3.2 耐高溫加重壓裂液及多樣化酸液材料

改造液材料性能對(duì)超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)的實(shí)施至關(guān)重要，可直接決定改造施工的成?。簤毫岩阂蠡吼ざ鹊?、摩阻低；凍膠耐高溫、攜砂性能好、傷害低、可加重；酸液要求高溫下酸巖反應(yīng)速度低，對(duì)管柱腐蝕速率可控。

近10年國內(nèi)開發(fā)的超高溫壓裂液按稠化劑類型主要分為 3類[20]：①以瓜爾膠為稠化劑的耐高溫加重壓裂液體系，包括羚丙基瓜爾膠壓裂液和羧甲基羥丙基瓜爾膠壓裂液兩種[21]，此類耐高溫壓裂液在超高溫井應(yīng)用中瓜爾膠稠化劑使用濃度高，基液黏度過大、額外增加壓裂液摩阻，影響壓裂液施工排量。在中高溫井應(yīng)用中，中國石油勘探開發(fā)研究院壓裂中心研發(fā)的羧甲基瓜膠壓裂液表現(xiàn)出良好的低摩阻性能[22]，與其他類型壓裂液相比摩阻降低 40%。在吉林油田超深井（井深5 130 m）試驗(yàn)成功后，目前已在長慶、吉林、大慶、華北等 9個(gè)油氣田試驗(yàn)應(yīng)用超過上千井次。②改性瓜爾膠和聚合物混合后作為稠化劑的耐高溫壓裂液，此類壓裂液基液黏度高，配制及使用困難，目前尚未見成功應(yīng)用報(bào)道[23]。③聚合物耐高溫壓裂液，該聚合物為聚丙烯酰胺類混合物，具有稠化劑濃度高、交聯(lián)速度快的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用難度較大[24-25]。

加重壓裂液是克服超深井超高施工壓力的有效手段[26-27]。近年來，部分學(xué)者在瓜爾膠壓裂液基礎(chǔ)上，優(yōu)選溴化鈉與硝酸鈉復(fù)配作為加重劑，硼化合物或有機(jī)鋯作為交聯(lián)劑，研發(fā)出密度為1.20～1.55 g/cm3的加重壓裂液體系，耐溫達(dá)150～160 ℃[28-29]。與非加重壓裂液相比，施工排量可提高 1.0～1.5 m3/min，井口壓力降低10～20 MPa，直接降低超深井改造施工風(fēng)險(xiǎn)。

2018年塔里木油田公司聯(lián)合中國石油勘探開發(fā)研究院研發(fā)了兩套加重壓裂液體系：①瓜爾膠氯化鈣加重壓裂液，瓜爾膠的使用濃度為0.45%，使用優(yōu)質(zhì)氯化鈣，壓裂液的交聯(lián)凍膠可耐溫至140 ℃；②聚合物/氯化鈣加重壓裂液體系，主要選用工業(yè)氯化鈣、新型聚合物、交聯(lián)劑等配套添加劑，配方為 40%氯化鈣+0.6%稠化劑+0.2%溫度穩(wěn)定劑+0.5%交聯(lián)劑，加重密度為 1.35 g/cm3，耐溫達(dá)180 ℃；170 s?1速率下剪切120 min，黏度仍保持在90 mPa·s以上（見圖1）。同時(shí)研發(fā)了耐鹽緩蝕劑，解決了高鹽溶液在高溫下對(duì)完井管柱的腐蝕問題。

圖1 聚合物/氯化鈣加重壓裂液流變曲線

近年來形成了自生酸、變黏酸、轉(zhuǎn)向酸等一系列新型酸液體系，呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)[30]。毛金成等[31]采用芥酸酰胺丙基二甲基叔胺和環(huán)氧氯丙烷合成一種黏彈性表面活性劑，并以其為轉(zhuǎn)向劑構(gòu)建了清潔轉(zhuǎn)向酸體系，解決了非均質(zhì)儲(chǔ)集層均勻布酸難題。但超深油氣儲(chǔ)集層改造酸液體系中影響其性能的關(guān)鍵添加劑（耐高溫緩蝕劑）技術(shù)進(jìn)展緩慢，滿足 160 ℃以上碳酸鹽巖儲(chǔ)集層改造的耐高溫緩蝕劑鮮有報(bào)道。

1.3.3 耐高溫高壓井下分層工具及耐高壓作業(yè)設(shè)備

超深儲(chǔ)集層改造井下工具主要指各類封隔器。塔里木油田沿用三級(jí)膠筒設(shè)計(jì)模式，采用軟件模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最優(yōu)化：①封隔器最大外徑108.2 mm，壓差91 MPa，最小坐封壓力31.2 MPa，最高耐溫232 ℃，長期耐溫177 ℃；②壓裂滑套包括常規(guī)投球滑套和定點(diǎn)多簇滑套，耐溫150 ℃，耐壓70 MPa，配套低密度復(fù)合球和可溶球；③裸眼封隔器包括單膠筒壓縮式、雙膠筒壓縮式和自膨脹式3種，耐溫120 ℃，耐壓70 MPa；④不動(dòng)管柱水力噴砂分段/分層壓裂封隔器最高承壓70 MPa，耐溫120 ℃[32]。耐高溫封隔器在塔里木庫車山前、西南油氣田及華北深層碳酸鹽巖改造中得到廣泛應(yīng)用。截至目前封隔器分層改造施工最深井為輪探1井（井深8 882 m），改造溫度最高井為牛東1井（地層溫度205 ℃）。深層井下作業(yè)工具還包括耐高溫高壓射孔槍、懸掛器、下入工具、聯(lián)作總成等。中國壓裂車裝備技術(shù)水平發(fā)展較快，已試驗(yàn)研發(fā)了4500型渦輪式及6000型電驅(qū)壓裂泵車，高壓泵頭及井口裝備耐壓均達(dá)到140 MPa，滿足深層高壓施工需求。

1.3.4 提高超深儲(chǔ)集層動(dòng)用率的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

超深油氣儲(chǔ)集層改造工藝已由早期直井全井筒酸化或籠統(tǒng)改造發(fā)展為復(fù)合酸壓、暫堵分層及裂縫性儲(chǔ)集層加砂壓裂改造技術(shù)，超深水平井以裸眼封隔器分段酸壓、水力噴射分段酸壓及水平井加砂壓裂改造為主，滿足超深層碎屑巖、碳酸鹽巖及火山巖改造需求。

超深層暫堵分層改造工藝包括“線性膠+凍膠”復(fù)合壓裂、“暫堵球+纖維”組合、前置液黏性指進(jìn)酸壓、多級(jí)注入酸壓（前置液+酸壓+前置液+酸壓等）等技術(shù)；裂縫型儲(chǔ)集層加砂改造包括“纖維+陶粒”與“不同粒徑暫堵球+纖維”軟分層、“線性膠+凍膠”組合的復(fù)合加砂壓裂、“線性膠+不同功能酸液”酸壓（化）等工藝技術(shù)[33-34]。如塔里木盆地庫車坳陷克深區(qū)塊A井采用軟硬結(jié)合分層壓裂改造技術(shù)（見圖2）改造6 805.0～7 020.0 m井段（儲(chǔ)集層厚度215 m），投球滑套分2大段，每一大段內(nèi)采用投球暫堵分層多級(jí)改造，全井共分7層。使用壓裂液量2 560 m3，0.425 mm/0.212 mm（40/70目）高強(qiáng)度陶粒支撐劑150 m3，改造后9 mm油嘴求產(chǎn)，油壓77 MPa，日產(chǎn)氣74×104m3。

圖2 庫車坳陷克深區(qū)塊A井軟硬多級(jí)分層工藝

水平井裸眼封隔器滑套分段壓裂工藝是近幾年發(fā)展起來的超深層水平井壓裂改造技術(shù)，該工藝主要應(yīng)用于超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集層改造中，包括遇油膨脹式裸眼封隔器、機(jī)械封隔式裸眼封隔器[35]。西南油氣田及塔里木油田結(jié)合超深碳酸鹽巖大斜度井及水平井大規(guī)模分段改造的需求，研發(fā)了水平井大通徑分段改造工具組合，關(guān)鍵工具耐溫達(dá)200 ℃，耐壓差大于70 MPa[36-37]。在塔里木油田、西南油氣田等應(yīng)用近 200口井，為解決碳酸鹽巖縫洞發(fā)育不連片、儲(chǔ)量動(dòng)用程度差等難題提供了有效的方法。如高石001-H11井，井深5 210～6 410 m，分7段酸壓，施工排量2.0～7.1 m3/min，累計(jì)注酸1 358.7 m3，酸壓后測(cè)試產(chǎn)量103.3×104m3/d。

1.3.5 超深層油氣儲(chǔ)集層改造監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)

微地震監(jiān)測(cè)、微變形測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)及各種生產(chǎn)測(cè)井等儲(chǔ)集層改造監(jiān)測(cè)技術(shù)隨著非常規(guī)儲(chǔ)集層改造技術(shù)的進(jìn)步得到快速發(fā)展，分布式光纖監(jiān)測(cè)、液體示蹤、支撐劑示蹤等多種新型壓裂裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了試驗(yàn)應(yīng)用[38]。受改造工況條件限制，國內(nèi)目前已進(jìn)行的超深油氣儲(chǔ)集層改造監(jiān)測(cè)評(píng)估探索主要有超深層井下微地震監(jiān)測(cè)、示蹤劑測(cè)試及產(chǎn)液剖面測(cè)試等[39-40]。如塔里木盆地克拉蘇構(gòu)造帶超深B井在加砂改造過程中，實(shí)施了微地震監(jiān)測(cè)（HFM）評(píng)估（見圖3），該井垂深6 761 m，為目前井下微地震監(jiān)測(cè)實(shí)施的最深井，評(píng)估表明本井改造體積為1 506×104m3。西南油氣田震旦系碳酸鹽巖水平井分段改造評(píng)估則采用示蹤劑及產(chǎn)氣剖面測(cè)試技術(shù)來研究各段改造效果差異[41]。西南油氣田聯(lián)合川慶井下作業(yè)公司共同研發(fā)了井下測(cè)試數(shù)據(jù)無線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)，該技術(shù)在西南油氣田超深水平井（磨溪008-H26井、磨溪008-H27井、磨溪022-H21井）改造過程中進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，均獲得了有效數(shù)據(jù)信號(hào)，最大應(yīng)用井深近6 000 m，井溫136 ℃，傳輸速率1組/min，掉包率小于等于0.4%、準(zhǔn)確率99.5%。

圖3 克拉蘇構(gòu)造帶超深B井改造體積微地震監(jiān)測(cè)評(píng)估

1.4 超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)應(yīng)用成效

近年來，國內(nèi)平均年鉆6 000 m以上超深井246口，隨著超深層油氣儲(chǔ)集層品位越來越差，高效的超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)對(duì)超深油氣藏勘探開發(fā)發(fā)揮了重要作用（見表2）：①支撐了超深層勘探突破，超深層單井投資大、建井周期長、井?dāng)?shù)較少，重點(diǎn)探井單井試油效果對(duì)整個(gè)區(qū)塊的地質(zhì)認(rèn)識(shí)及后期產(chǎn)能部署影響較大。如西南油氣田磨溪8井，于2012年對(duì)該井不同層位采取了前置液酸壓、多級(jí)注入酸壓及酸化解堵改造措施，龍王廟組測(cè)試產(chǎn)量達(dá)107×104m3/d，區(qū)塊探明儲(chǔ)量達(dá)4 403×108m3，獲得重大勘探突破；②有力推進(jìn)了中國以塔里木盆地及四川盆地為代表的超深層大油氣田產(chǎn)能建設(shè)。如庫車山前超深井改造井比例為92%，年產(chǎn)能達(dá)220×108m3。

表2 中國超深層儲(chǔ)集層改造技術(shù)指標(biāo)及代表井

2 技術(shù)發(fā)展方向

2.1 面臨的技術(shù)難點(diǎn)

中國在深層油氣勘探中獲得了新的突破，重點(diǎn)勘探新領(lǐng)域向超深層不斷拓展，塔里木油田試油井最深已達(dá)8 882 m（輪探1井）；新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣計(jì)劃部署風(fēng)險(xiǎn)探井設(shè)計(jì)井深超過8 700 m；四川盆地川西地區(qū)二疊系超深探井達(dá)8 029 m（紅星1井）；青海及吐哈油田最新風(fēng)險(xiǎn)探井均超過7 000 m。超深層儲(chǔ)集層更深，且具有高溫高壓特征，改造對(duì)象更加復(fù)雜，必將面臨更多挑戰(zhàn)。

①地質(zhì)工程一體化技術(shù)研究及應(yīng)用難度更大。儲(chǔ)集層改造領(lǐng)域的地質(zhì)工程一體化要求采用逆向思維、正向施工的理念，儲(chǔ)集層改造從業(yè)者必須從改造實(shí)施的角度對(duì)鉆完井、油氣藏層位選擇、區(qū)域井網(wǎng)部署及開發(fā)地質(zhì)等工作提出具體的要求，一體化工作要求對(duì)其他學(xué)科做到融會(huì)貫通。因此，對(duì)于超深層，基于地質(zhì)工程一體化思路實(shí)施儲(chǔ)集層改造難度越來越大。

②對(duì)入井材料要求更高。壓裂液要求耐溫200 ℃以上，同時(shí)必須耐剪切、攜砂性能穩(wěn)定、摩阻低（降阻率大于60%），且現(xiàn)場(chǎng)可配制、泵送性能良好（基液黏度小于90 mPa·s）；壓裂支撐劑要求粒徑盡量?。ㄐ∮?.150 mm（100目）），在超深層縫寬不足情況下，提高陶粒可輸送性，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)酸液體系耐溫要求更高，緩蝕劑200 ℃以下腐蝕速率應(yīng)小于60 g/（m2·h）。

③進(jìn)一步提高超深巨厚儲(chǔ)集層縱向剖面動(dòng)用程度難度大。目前超深層封隔器最多實(shí)現(xiàn) 3層分層改造；井口壓力達(dá)90 MPa以上的氣井，射孔、鉆磨、連續(xù)油管帶壓作業(yè)井控風(fēng)險(xiǎn)高，無法實(shí)現(xiàn)橋塞分層改造；極限限流多簇分層在較小排量（小于6 m3/min）、射孔孔眼較多（大于60孔）時(shí)，限流增壓有限（小于3 MPa），無法實(shí)現(xiàn)多簇分層改造。

④對(duì)入井工具及地面配套高壓設(shè)備要求更高。超深儲(chǔ)集層改造工具面臨耐溫、耐壓及性能穩(wěn)定等方面的新挑戰(zhàn)，亟待攻關(guān)耐高溫高壓材料及壓裂裝備和工具，實(shí)施高效的改造工藝。施工排量是保障，低排量很難保障儲(chǔ)集層達(dá)到預(yù)期改造效果，高排量伴隨極高的施工壓力，大液量要求高壓泵及井口高壓設(shè)備長時(shí)間施工性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可行。

⑤超深、高溫、高壓井實(shí)現(xiàn)高效改造難度大。目前超深油氣儲(chǔ)集層改造施工排量較低（小于6 m3/min），改造規(guī)模受限，目前改造效果尚未達(dá)到最佳，如何進(jìn)一步降低施工壓力、提高排量是實(shí)現(xiàn)高效改造的關(guān)鍵。超深層水平井整體水平段較短、分段少、排量低、液量低，難以形成復(fù)雜縫網(wǎng)，亟待升級(jí)攻關(guān)水平井高效改造與配套技術(shù)。

⑥儲(chǔ)集層改造直接監(jiān)測(cè)及準(zhǔn)確后評(píng)估難度更大。超深油氣儲(chǔ)集層改造直接監(jiān)測(cè)技術(shù)未成熟應(yīng)用，6 000 m以深井微地震信號(hào)識(shí)別困難；各種直接物理檢測(cè)設(shè)備無法在溫度超過180 ℃、壓力超過120 MPa的井底工況下工作?？碧竭~向更深儲(chǔ)集層，各類直接監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限性更加明顯。

2.2 主要技術(shù)發(fā)展方向

預(yù)測(cè)2030年中國石油天然氣股份有限公司天然氣年產(chǎn)量達(dá)1 600×108m3，深層—超深層占比將達(dá)40%以上。儲(chǔ)集層改造在超深層油氣藏效益勘探開發(fā)中必將發(fā)揮更重要作用，結(jié)合未來超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)需求，總結(jié)梳理國內(nèi)外超深層儲(chǔ)集層改造發(fā)展歷程、技術(shù)差距、技術(shù)需求及改造難點(diǎn)，認(rèn)為中國超深層油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)發(fā)展應(yīng)借鑒非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層改造成功經(jīng)驗(yàn)，工作重點(diǎn)應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面。

①系統(tǒng)構(gòu)建基礎(chǔ)研究方法與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)新技術(shù)。針對(duì)超深、高溫、高壓儲(chǔ)集層特征，開展高溫、高壓下的巖石力學(xué)特征、地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律、裂縫擴(kuò)展機(jī)理及表征技術(shù)研究，加強(qiáng)高閉合應(yīng)力下裂縫網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)流能力的匹配、支撐劑輸送及沉降規(guī)律等方面的機(jī)理研究，深化超深層復(fù)雜地質(zhì)和極端工況條件下的裂縫起裂、延伸機(jī)理研究，探索超深層儲(chǔ)集層改造的新理論、新方法、新材料。

②加強(qiáng)地質(zhì)認(rèn)識(shí)，完善地質(zhì)工程一體化工作運(yùn)行機(jī)制。更加深入理解地質(zhì)工程一體化工作內(nèi)涵，提升復(fù)雜勘探對(duì)象改造效果，構(gòu)建4個(gè)“一體化”平臺(tái)：“一體化”評(píng)價(jià)平臺(tái)，主要充分利用地質(zhì)、甜點(diǎn)、地應(yīng)力、完井品質(zhì)等評(píng)價(jià)技術(shù)評(píng)估儲(chǔ)集層品位；“一體化”設(shè)計(jì)平臺(tái)，主要將地質(zhì)模型、油藏模型、裂縫模型、經(jīng)濟(jì)模型等融為一體；“一體化”共享平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果共享、優(yōu)化方案共享、施工設(shè)計(jì)共享；“一體化”分析平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)壓后跟蹤、措施評(píng)判、效果評(píng)價(jià)、模型修正，將多學(xué)科高度融合，不斷提高超深層油氣儲(chǔ)集層改造設(shè)計(jì)的針對(duì)性。

③研發(fā)針對(duì)性更強(qiáng)的超深層高效改造材料。包括壓裂液：耐高溫、低摩阻、可加重、攜砂性能穩(wěn)定及低傷害是超深油氣儲(chǔ)集層改造壓裂液技術(shù)發(fā)展方向，低成本及綠色環(huán)保是規(guī)模應(yīng)用的基本要求；酸液：重點(diǎn)研發(fā)高溫酸液緩蝕劑，形成超深、高溫儲(chǔ)集層改造用酸液體系，同時(shí)研發(fā)降低高溫酸液溶蝕速率添加劑，增加酸蝕作用距離；支撐劑材料：小粒徑、高強(qiáng)度陶粒型支撐劑是超深油氣儲(chǔ)集層改造支撐劑的發(fā)展方向，同時(shí)開展在超深油氣儲(chǔ)集層改造中使用石英砂替代陶粒的探索研究；暫堵轉(zhuǎn)向材料：投球暫堵實(shí)現(xiàn)多級(jí)分層改造是超深巨厚儲(chǔ)集層較為理想的改造工藝，要求暫堵材料承壓高、耐溫高及溶解可控，經(jīng)濟(jì)可行。

④攻關(guān)超深巨厚儲(chǔ)集層精細(xì)分層改造工藝技術(shù)。實(shí)現(xiàn)精細(xì)分層是超深巨厚儲(chǔ)集層改造工藝的研究重點(diǎn)，對(duì)縱向天然裂縫較發(fā)育的儲(chǔ)集層，實(shí)現(xiàn)通過縱向局部改造溝通全部厚層。隨著儲(chǔ)集層深度增加，天然裂縫發(fā)育變差，超深井生產(chǎn)測(cè)井及頁巖油氣改造后縫高動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、支撐劑示蹤劑監(jiān)測(cè)證實(shí)，凍膠攜砂及大排量低黏攜砂形成的有效支撐縫高均遠(yuǎn)低于預(yù)期。因此，必須加強(qiáng)暫堵多級(jí)軟分層工藝技術(shù)研究，借助分層工具實(shí)施精細(xì)分層施工，有效擴(kuò)大縫網(wǎng)體積，提高工藝的有效性與經(jīng)濟(jì)性。

⑤探索超深層水平井縫控改造技術(shù)?！翱p控儲(chǔ)量”改造技術(shù)，是將人工裂縫的長度、間距、縫高等參數(shù)，充分與儲(chǔ)集層的物性、應(yīng)力、井控儲(chǔ)量相結(jié)合并進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)。隨著鉆完井技術(shù)的發(fā)展，超深水平井鉆井及改造更加普遍，應(yīng)強(qiáng)化水平井改造工藝技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)低排量下的縫控改造。超深水平井縫控重點(diǎn)在于單井人工裂縫對(duì)儲(chǔ)集層控制最大化及合理化，優(yōu)化超深井縫控改造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出比最優(yōu)。

⑥研發(fā)適用于超深油氣儲(chǔ)集層改造的水力裂縫直接監(jiān)測(cè)技術(shù)。強(qiáng)化用于人工裂縫直接監(jiān)測(cè)的工具材料研究，加強(qiáng)超深層裂縫監(jiān)測(cè)評(píng)估方法研究，充分發(fā)掘施工過程中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含的井底人工裂縫變化信息。提高各類裂縫監(jiān)測(cè)儀器遠(yuǎn)程信號(hào)識(shí)別及解讀水平。耐高溫、高壓的溫度壓力監(jiān)測(cè)計(jì)是目前超深層常用的監(jiān)測(cè)壓裂過程中井底數(shù)據(jù)變化的儀器，錄取的壓力、溫度等數(shù)據(jù)較為可靠，加強(qiáng)對(duì)該類數(shù)據(jù)的分析研究，是目前較為經(jīng)濟(jì)可行的方法。

⑦研制耐高溫、高壓的井下改造工具及耐高壓配套井口設(shè)備。繼續(xù)強(qiáng)化井下分層工具的研發(fā)，保障超深井按照儲(chǔ)集層改造需求進(jìn)行施工，工具能適應(yīng) 220 ℃以上的工作環(huán)境。研發(fā)大通徑改造工具，降低節(jié)流摩阻，提高施工排量，綜合提高井下作業(yè)能力；研發(fā)適用于超深井改造的可溶橋塞及配套組合工具，要求性能可靠，操作簡易。地面裝備耐高壓、大功率壓裂車組，配套耐高壓井口設(shè)備，發(fā)展經(jīng)濟(jì)環(huán)保型壓裂裝備與低成本綠色能源壓裂泵車。

3 結(jié)語

超深層油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)在超深層勘探突破、增儲(chǔ)上產(chǎn)等勘探開發(fā)過程中發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過多年發(fā)展，國內(nèi)超深層油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)基本滿足不同歷史時(shí)期超深層油氣儲(chǔ)集層改造的生產(chǎn)需求，有效支撐了中國塔里木油田、西南油氣田等多個(gè)大型超深層油氣田的產(chǎn)能建設(shè)。隨著中國在更大范圍、更深目的層不斷取得勘探突破，超深油氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)的需求不斷增加、作用和地位將不斷提升。努力做好超深油氣儲(chǔ)集層改造的基礎(chǔ)理論、運(yùn)行機(jī)制、材料設(shè)備、工具裝備等方面的技術(shù)攻關(guān)，對(duì)支撐中國超深層油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)石油穩(wěn)產(chǎn)、天然氣業(yè)務(wù)快速發(fā)展意義重大。

致謝：本文為中國石油勘探開發(fā)研究院研究團(tuán)隊(duì)的集體成果，高瑩、韓秀玲、王遼等參與了該項(xiàng)工作，同時(shí)中國石油天然氣股份有限公司的管理層給予了指導(dǎo)，塔里木油田、西南油氣田等在相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)中給予了大力支持，在此一并表示感謝。