1、中国石油油气藏改造重点实验室 中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技术服务中心 2014年8月，青岛,储层改造技术现状与发展建议,中国石油和石化工程研究会压裂酸化技术研讨会,卢拥军 车明光,汇 报 提 纲,一、储层改造技术现状 二、技术对标与差距分析 三、建议,（一）作用与地位 （二）主体技术,储层改造的技术现状,1990,整体压裂、开发压裂,2006年直井多层、水平井多段压裂,19912005,2011年体积压裂与工厂化,1.储层改造每前进一步，都促进了勘探开发向新的领域迈进,（一）作用与地位,储层解堵、提高单井产量，动用1mD以上储量,结合井网、提高采收率，解决注水开发油藏整体改造问题,
2、细分层段开发、提高动用程度，动用下限降至0.3mD,提高改造体积，启动非常规资源开发,储层改造实现了低渗透、特低渗透、超低渗透油藏和苏里格等致密气藏的有效动用 “水平井+体积压裂”助推页岩气、致密油等非常规油气资源先导性试验和动用,成为其商业开发的必要手段 近年来，国内近50亿吨未动用石油储量中的70%和近3万亿未动用天然气储量中的91%需改造，储层改造面临强劲的非常规油气藏生产需求,2.储层改造使储层动用渗透率下限不断降低，难动用资源转化为可采储量,（一）作用与地位,2007-2012年水平井改造现场试验近2000井，压后原油稳定产量6-7吨，是直井的3.8-4.1倍，为中石油平均单井产量趋
3、稳做出了贡献。,3.储层改造不断提升单井产量，保障了产能建设顺利实施,（一）作用与地位,“十一五”期间年均改造井数近16000口，2011年压裂酸化近20000井次，相比2006年增加53% “十二五”每年新钻井2万余口，改造对象面临“难、新”领域，技术要求高，技术能力和服务保障工作量需求强劲,4.储层改造技术已成为与地球物理、钻完井并列的三大关键工程技术,（一）作用与地位,七五,八五,九五,十五,队伍的组建、改造技术研究,实验室建设（UNDP项目） 人才培养（出国培训、专家讲学） 技术体系的建立 产品研制与开发,应用基础研究（机理研究） 人才培养（学历深造） 技术体系完善（压裂、酸化）,单井
4、压裂优化与裂缝监测技术,硼交联田菁胶、香豆胶压裂液,低渗油藏整体压裂技术（鄯善） 油藏重复压裂技术 深井、超深井压裂酸化技术 稠化酸酸压+闭和酸化技术 有机钛锆交联植物胶压裂液,全三维水力压裂机理研究 低渗油藏开发压裂技术 C02泡沫压裂技术，泡沫压裂液 有机硼胶囊破胶，流变动力学,特低渗透油藏经济有效动用开发压裂技术研究 特殊岩性（变质岩、泥灰岩）改造技术 新型压裂材料研制，海外技术应用,加强应用基础研究，新产品研发 加大重点实验室和学科建设，大型物模,十一五,以油气藏改造重点实验室为代表，液体与工艺技术快速发展,十二五,基础理论及机理、产品及液体体系、实验方法与大尺度物模实验、体积压裂优化
5、设计与工艺技术、诊断与评估方法,非常规储层体积改造（多层多段） 超高温、超深井储层改造 低浓度压裂液，滑溜水压裂液,直井分层、水平井分段压裂、转向酸酸压，羧甲基压裂液、VES清洁压裂液，加重压裂液,国内储层改造技术水平不断提高，服务能力不断刷新记录,（二）主体技术,致密气藏,低渗透油藏,碳酸盐岩储层,深井/超深井储层,煤层气,页岩气,近年来，储层改造技术紧密围绕3个目标、7个方面开展创新与攻关，逐渐形成了以直井多层和水平井多段压裂为核心的储层改造主体技术，满足6类不同类型储层的改造需求，为低渗透油气藏的经济有效开发和非常规油气藏动用提供了重要的技术支撑。,1.实验评价与基础理论 2.优化设计及
6、软件 3.改造装备 4.液体体系 5.支撑剂 6.工具与工艺技术 7.裂缝监测与诊断技术,储层改造工作的核心竞争力主要体现在以下7个方面：,（二）主体技术,1.实验评价满足需求，基础理论研究逐步提升,基础评价实验和基础理论研究，是认识储层、评价材料性能、形成新理论、研发新材料、发展新技术的基础。,（1）储层（岩石）基础评价实验技术,实验内容：岩石力学参数测试，地应力大小、方向研究 实验能力：测试设备（引进Terra-tek和MTS）围压系统140MPa、孔隙系统100MPa，基本满足6000m井深就地应力条件下的参数测试；古地磁可研究地应力方位 生产需求：高压井岩石力学参数测试（围压200MP
7、a）、岩石强度连续测试、全应力-应变曲线测试、非常规储层和复杂井身结构井形成复杂裂缝判据,岩石力学三轴实验系统,四川洪雅张村寒武系九老洞组页岩,标准岩心(1in),大尺寸砂岩岩心,（2）材料性能评价与研发-支撑剂,实验内容：评价支撑剂7项基本性能，研究支撑裂缝导流能力，优选支撑剂 实验能力：大庆、长庆等油田和川庆、长城等公司具备性能评价能力；“中心”是国内相关行业和企业标准的起草者，建立了液测长期导流能力实验方法 技术差距：非达西流气体导流能力模拟测试,ZEISS圆球度分析仪,支撑剂长期导流能力测试系统,实验内容：评价液体粘弹性、滤失、损害、摩阻及表界面化学等性能，研究压裂液交联和破胶机理，为
8、压裂设计、施工和效果预测提供依据 实验能力：“中心”、大庆、长庆、川庆等单位均能满足压裂液性能测试和新材料研发的评价实验，长城钻探（昆山）具有大核磁研究瓜胶分子结构的能力 生产需求：200以上压裂液动态滤失与伤害模拟、纳米尺度孔隙微观结构表征及与液体相互作用机理研究,新型环境扫描电镜与能谱组合测试系统,流变仪实验测试系统,（2）材料性能评价与研发-压裂液,实验内容：评价酸液的流变、腐蚀、缓蚀等性能，研究酸岩反应机理、均匀布酸和酸液转向等技术，为储层酸化/酸压改造设计和产量模拟提供依据 实验能力：长庆、西南、川庆等单位均能满足酸液性能测试和新材料研发的评价实验，“中心”同时具有酸岩反应透明裂缝模
9、拟和均匀布酸研究能力 技术差距：180以上酸液缓蚀性能评价、酸岩反应非均匀刻蚀表征,酸岩反应透明平行板模拟裂缝内粘性指进,（2）材料性能评价与研发-酸液,均匀布酸实验装置,美国A&M大学非均匀刻蚀表征,（3）大型模拟实验研究-水力压裂大物模,实验内容：模拟压裂动态过程，观察裂缝几何形态，研究裂缝起裂和延伸机理，进行体积压裂模拟以及实时裂缝监测与诊断，指导压裂工艺即参数的优化。 实验能力：“中心”具备世界先进大型物理模拟实验能力（全世界仅有的三套设备之一），大尺度三向应力加载重现储层地应力（69MPa），流体饱和模拟油藏孔隙流体（20MPa）， 固液两相泵入模拟压裂泵车/混砂车工作（ 82MPa
10、 ），主/被动声波结合的声发射事件解释复杂裂缝技术模拟微地震解释裂缝（24通道）。研究能力和水平与世界同步。,大物模实验系统,砂岩应力转向后形成的转向复杂裂缝,砂岩,主要功能 压裂液井筒中剪切加热历史模拟 测试压裂液管式流变参数n、k、表观粘度、摩阻 直观模拟压裂液在裂缝中的流动形态，动态携砂性能、支撑剖面 评价不同压裂液的支撑剂传输能力 ，并可以研究不同类型压裂液冻胶的沉砂性能,“中心”可视携砂模拟研究与国外同步,（3）大型模拟实验研究-可视化管路和支撑剖面研究,压裂优化设计理念由经典单一裂缝向裂缝网络转变,2.拥有世界先进软件，形成了优化设计技术，满足了需求,综合地质、物探、钻完井、录井、
11、完井等资料，建立地质模型 以压后产量为目标，应用油气藏数值模拟技术，优化裂缝参数 以优化的裂缝参数为目标，应用压裂裂缝模拟技术，优化施工参数,主体软件全为引进，其中中国石油购买了美国卡博公司FracProPT压裂设计软件集团版。“中心”拥有较全的全三维裂缝模拟、油藏数值模拟、应力场模拟等系列软件；大庆、长庆、川庆等公司拥有应用较广泛的2-3种软件（FracProPT 、 Stimplan等）。 优化设计软件：FracProPT（油田应用最多）、Stimplan（含酸压和水平井、页岩气多种版本）、Meyer、Gohfer、TerraFrac 油藏数值模拟软件： Eclipse、DeskTop V
12、IP、Work Bench 有限元分析软件：ABAQUS,压裂优化设计相关软件种类较多，主体软件全为引进,压裂酸化技术服务中心(已研软件6套，在研软件4套) 支撑系数法裂缝参数优化软件 液体返排参数控制设计软件 压裂专用产能预测前后处理软件 煤岩压裂裂缝导流能力评价系统 直井多层水平井多段快速优化软件 万庄2000全三维水力压裂优化设计软件 在研4套软件 水平井任意裂缝方位优化软件 页岩气复杂裂缝产能预测软件 页岩压裂复杂裂缝延伸模型及软件 低渗特低渗油层压裂增产改造经济评价软件,国内多家机构也开展了设计软件研发，开发模式多为依托研究项目，针对特定区域或特殊需求形成特色功能软件，但商业化程度低
13、，后期持续升级完善工作薄弱。,依托研究项目研究自主开发特色软件，商业化程度低，较难推广,西南石油大学 3D-HFODS三维压裂模拟及优化设计软件 水平井分级压裂优化设计软件 考虑酸蚀蚓孔效应的酸化压裂设计计算软件 中国石油大学（北京） FracHor水平井压裂优化设计软件 水平井整体压裂优化设计软件 中国石油大学（华东） 复杂工况整体压裂优化软件 水平井分段压裂优化设计软件 水平井压裂返排优化设计软件 重复压裂应力分析软件,依托研究项目研究自主开发特色软件，商业化程度低，较难推广,主体设备压裂泵车混砂车仪表（指挥）车管汇车 配套设备连续混配设备连续输砂设备连续油管车液氮泵车,3.储层改造专用装
14、备基本满足，但研制能力弱,储层改造专用装备是指为压裂酸化施工提供动力与完成工艺和记录的特定设备,3.装备配套基本满足生产需求，但研制能力弱,截止2012年底，中石油集团公司工程技术服务企业共有压裂泵车近500台，总功率近100万水马力，国产、进口压裂泵车各占一半左右。国内以江汉四机厂和烟台杰瑞为主，具有2000型和2500型压裂泵车的生产能力，中石油内部的宝鸡石油机械厂研制成功2300型压裂车。,4.液体体系涵盖各类型储层，研发与国际同步,压裂液和酸液既要保障压裂酸化安全、高效施工，又需满足与储层配伍、低损害的基本要求，同时根据储层条件和工艺要求，需持续不断地研发满足低成本、可连续混配、可回收
15、再利用、可加重等功能型材料体系。 压裂液和酸液体系完备，涵盖各类型储层。形成了水基、油基、泡沫、乳化压裂液系列，目前应用以水基压裂液为主；形成了水基酸液、两相酸液、暂堵转向酸等酸液体系，应用以胶凝酸和高粘度酸液为主。液体体系研发与世界发展基本同步并部分领先。,交联酸悬砂,压裂液以羟丙基和羧甲基瓜尔胶为主体，同时研发了低浓度、加重、纤维素、黄原胶、合成聚合物等新体系，可满足50至200压裂需求,酸液体系以胶凝酸和暂堵转向酸为主，研发了地面交联酸、温控变粘酸、纤维暂堵液等新体系，可满足150以下储层深度酸化/酸压需求,5.常规支撑剂厂家众多，产能满足国内需求,支撑剂厂家众多（130多家），年产35
16、0万吨陶粒和450万吨石英砂，产能满足生产所需，2012年度中石油支撑剂用量98.4万吨（陶粒57.2，石英砂41.2万吨），占总产能的1/8 中石油严把质量控制，以“中心”为支撑平台，联合各油田公司，实行支撑剂网络管理，目前入网厂家59家，确保了产品质量 目前应用最多的是粒径为20/40目在不同闭合应力等级下的系列产品，在页岩气改造中应用较多的是40/70目陶粒支撑剂 国内厂家成规模的少，缺乏名牌产品，美国卡博年生产陶粒70万吨，国内最大生产20万吨 针对页岩气改造需求的超低密度（体密小于1.50g/cm3 ）小粒径产品缺乏；中石油内部所属厂家新产品研发能力弱,6.工具与工艺技术相辅相成，满
17、足改造需求,以低渗透油气藏多层、多段改造为目标，发展了8套直井分层、水平井分段工艺技术及配套工具，基本满足了生产需求。,直井分层压裂技术,水平井分段压裂技术,成熟技术,攻关技术,限流分层压裂技术,投球分层压裂技术,封隔器+滑套分层压裂技术,双封单卡上提式分层压裂技术,“连续油管+水力喷砂射孔+环空加砂”压裂技术,套管滑套分层压裂技术,成熟技术,攻关技术,双封单卡分段压裂技术,水力喷砂分段压裂技术,快钻桥塞分段压裂技术,套内封隔器滑套分段压裂技术,裸眼封隔器分段改造技术,无限级滑套水平井分段压裂技术,（1）直井分层改造成熟技术,早期形成了无井下工具的限流和投球分层压裂技术。近年来，随着工具创新发
18、展，形成了“封隔器+滑套”和双封单卡上提式分层压裂2套工艺技术，不动管柱最大分压8层，拖动管柱最大分压12层，在大庆、长庆、西南等油气田年平均应用5000口井以上，应用最大井深6969m（库车克深202井）。,（1）直井分层改造攻关技术,针对细分层改造需求，2009年分别引进了分压层数不受限制的“连续油管+水力喷砂射孔+环空加砂”压裂技术和套管滑套分层压裂技术，目前都已实现国产化，截至2012年底，环空加砂压裂技术现场试验26井141层，套管滑套分压技术现场试验10口井46层。,（2）水平井分段改造成熟技术,自主研发了水平井双封单卡、套内封隔器滑套、水力喷砂和裸眼封隔器分段压裂4套主体技术，形
19、成了中国石油水平井改造配套技术体系，截至2012年底，现场应用1507口井，有力地推动了水平井在低渗透油气田的工业化应用，相关成果获得2012年国家科技进步一等奖。,（2）水平井分段改造攻关技术,快钻桥塞分段压裂具有分段数不受限制、改造后井筒完善程度高、可大排量分簇压裂施工的特点，为美国页岩气开发的主体技术。自2010年引进以来，通过消化吸收再创新，目前已实现国产化，在长庆、西南等油气田现场试验12口井，段数最多达10段。,快钻桥塞,工具指标 耐压差70MPa、耐温150,7.裂缝监测手段与国外同步，评估技术有待提高,示踪剂法、井温测井、成像测井等方法监测范围局限于井筒附近，不能获得远场裂缝参
20、数；裂缝测斜仪监测和井下微地震监测可确定裂缝形态和几何尺寸，测试结果可靠性高，是目前主要的裂缝监测技术。,压裂中心在2008年引进了地面、地下测斜仪。通过微形变测定水力裂缝形态、水平分量和垂直分量的比例、方向，倾角（地面测斜仪）和裂缝长度与高度（井下测斜仪） 目前现场监测近50口井150层（段），其中砂岩油井、煤层气井、火山岩气井、页岩气井组等 为认识特殊储层裂缝的复杂程度和复杂特征，建立了基于微形变的复杂裂缝解释方法，监测与诊断技术与国外同步，解释技术领先,（1）测斜仪裂缝监测技术,（2）微地震裂缝监测技术,通过对压裂引发的微震事件的拾取并定位，确定储层改造体积、裂缝方向、裂缝几何形态 中石
21、油勘探与生产公司组织现场攻关重大专项，突破了井中微地震监测关键技术，自主研发了微地震裂缝监测解释软件(Geoeast-ESP)，打破国外封锁，具备与测井、物探等资料交互处理能力，已累计现场实施近100井次 形成了微地震测试方法、配套技术、软件与装备，编制了企业标准，形成规范,汇 报 提 纲,一、储层改造技术现状 二、技术对标与差距分析 三、建议,1.实验评价,实验评价技术整体与国外相当，在气测长期导流能力实验方法、酸岩反应非均匀刻蚀表征以及大型矿场实验技术等方面与国外有差距。,2.优化设计方法及软件,页岩气、致密油压裂设计方法处于起步阶段，经验不足；拥有的压裂优化设计软件与国外大的服务公司相当
22、，但以引进为主，自主研发能力弱。,3.改造装备,储层改造装备研发能力弱，设备稳定性和性能参数与国外有一定差距。,4.压裂液,基本与国外同步，无水压裂和CO2干法压裂处于起步阶段。,5.酸液,整体与国外同步，可降解纤维暂堵液优于国外，温控变粘酸国外未见报道。,6.支撑剂,支撑剂种类和性能基本相当，缺乏页岩气改造需求的超低密度陶粒，石英砂抗破碎和导流能力低于国外。,7.改造工具,发展了系列分层/分段改造工具，产品的适应性、稳定性尚待加强和完善。,8.裂缝监测与诊断技术,自主研发了微地震监测处理解释软件，已开展现场试验。引进了测斜仪设备并开展了现场监测应用。光纤监测技术正在研发。,汇 报 提 纲,一
23、、储层改造技术现状 二、技术对标与差距分析 三、建议,建议一：面对“低深海非”强劲生产需求，加快发展集成核心技术,建议二：加强储改资源平台建设，推进学术交流和技术规范,我国储层改造对象面临“低、深、海、非”多样性，油田生产、技术服务、材料机械装备、销售公司和科研机构重叠多元化。民营资本在支撑剂、压裂液瓜尔胶、压裂工具与测试等方面，助推了储层改造技术的工业化规模应用，但也存在分选性差、差异性大现状。需加强储层改造的多层次平台建设（含第三方实验与专业协会），更加有序、良性发展；推进学术交流与成果转化，编制起草行业标准，促进实验、材料、设计、实施、评价技术规范化。,中石油廊坊分院、中石化工程院、 渤
24、海钻探、西南石油大学等,建议三：发挥公司与社会优势资源，进一步强化顶层设计,充分依托“国家页岩气、致密油研发中心”新平台，建立“没有围墙的研究院”，深化与储层评价、油藏工程、采油工程、机械装备等多学科的紧密结合，加强压裂装备、工具、软件和工艺研发力量，加强油气藏改造学科建设，引进和培养高层次领军人才，增强国际竞争实力。,建议四：以油气藏改造重点实验室为依托，建立储层改造工程学,储层改造逐步发成一项系统工程，涉及储层地质学、岩石力学、流体力学、材料学、油田化学、机械学、流变学等基础学科，需要与地质、油藏、测井、钻完井、采油（气）的需求相结合。建议以油气藏改造重点实验室为依托，建立储层改造工程学，加强学科建设，形成完善的学科体系。,敬请批评指正，谢谢大家！,感谢被引用文献、资料的所有作者！,
