史杰青，邓南涛，张文哲，梁卫卫，朱 亮，吴子现，张文婷，马 龙

（1. 长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100； 2. 陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075；3. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300450； 4. 长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100）

国外致密油增产技术发展及中国致密油开发建议

史杰青1，邓南涛2，张文哲2，梁卫卫2，朱 亮1，吴子现3，张文婷4，马 龙1

（1. 长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100； 2. 陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075；3. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300450； 4. 长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100）

北美致密油延续页岩气革命，产量出现大幅度增长，有效带动了水平井钻井技术、压裂技术和配套工具的发展，前景良好。致密油与常规油藏差异较大，但与页岩气在储层特征、产能特点和开发方式方面有很多相似性。通过充分调研国外，尤其是北美地区致密油增产技术进展，对直井特别是水平井致密油钻井技术、分段压裂技术及多井同步压裂等技术进行系统梳理和深入剖析，给出了国外致密油增产技术发展的潜力和优势，为正处于起步阶段的中国致密油开发提供建议。

致密油；水平井；压裂；水力喷射；北美

随着全球常规油气资源勘探开发程度的不断提高，致密油已经成为非常规油气开发的重要对象，当前全球致密油商业开发主要以美国为代表，根据权威机构测算，全球致密油产量2020年为26万桶/日，2030年将达到150万桶/日。美国致密油开发经验在全球其它区域无法直接复制，主要原因包括两个方面，一是其它地区缺乏整套的非常规油气开发理论、经验及设备，二是其它区域地质沉积条件与美国不同，无法适用于该地区致密油开发[1-7]。

致密油与常规油藏相比在储层特征、产能特点和开发方式方面差别较大，但与页岩气有很多相似性。裂缝发育情况、基质孔隙的大小和异常压力是控制致密油气“甜点”的主要因素。储层低渗致密，纳米级孔隙发育，储层比表面比常规砂岩储层大很多，所以致密油开发必须依靠大规模储层改造进行开发[8-12]。从储层岩性及矿物成分来看，致密油储层中碳酸盐、硅质及粘土矿物与常规油气储层不同，使得储层岩石脆性程度不一，造成压裂时储层改造模式及体积大小不同；假如储层天然裂缝不发育或者压裂时不能形成有效的多缝或者网格压裂，致密油气开发无从谈起；针对于塑性较强的地层，压裂时难以实现大规模体积改造，而针对于脆性或者天然裂缝发育的地层，压裂时则可以实现大规模体积改造[13-15]。

1 国外致密油开发技术概况

1.1 直井连续油管分层压裂技术

针对于致密油早期开发，主要是以直井浅层开发为主，通过压裂实现井筒与储层流体的连通，其主要技术特点为水力喷砂射孔，连续油管及环空加砂，直井连续油管分层压裂技术通过高速高压流体在连续油管中进行射孔，形成井筒与地层连通通道，同时通过环空空间压裂携砂液进入地层形成支撑，进而在地层中形成裂缝。当作业层段完成施工后，填砂封堵作业井段，上提连续油管进行下一作业段的作业，再次通过水力喷砂射孔及环空加砂形成压裂裂缝，当全部作业段完成施工后进行冲砂返排。该技术优点为成本低、作业周期短、连续油管磨损较小、井下工具简单及压裂成功率高，因此其已经在页岩气开发中得到了广泛应用。

1.2 水平井钻井技术

水平井是全球开采致密油最主要的技术，尤其在北美，一般采用较长水平段（1 000～1 500 m）开发，选用套管完井、后期压裂方式进行投产。定向工具通常采用旋转地质导向技术，利用高效PDC钢体钻头或固定切削齿钻头稳斜钻进，在技术套管段使用油基钻井液或盐水钻井液稳定井壁并控制摩阻，并通过交流顶驱技术、大马力泥浆泵系统提速和降低成本。另外，致密油储层一般较为连续，为同一井场布置多口井式高效作业、顺利实现工厂化钻井提供有利条件。近年来，双分支水平井成为致密油开发增产中常用的一种井型，在Bakkwn地区应用广泛，油井产量大幅度提升，收益率提高近1倍。

1.3 水平井分段压裂技术

①水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术

该技术主要特点为多段分簇射孔、套管压裂，可形成可钻式桥塞。该技术作业时水平段被分为8～15段，平均每段长度100～150 m，射孔每段4～6簇，跨度0.46～0.77 m，簇间距20～30 m，通过下入桥塞由下而上移动射孔枪分段进行压裂，压裂施工结束后快速钻掉桥塞进行测试、生产。

②水平井多级滑套封隔器分段压裂技术

该技术主要适用于套管完井的水平井压裂，借助井口投球装置控制滑套，形成机械式封隔器进行分段封堵。现场运用的多级滑套水力喷射分段压裂技术，施工性能较为稳定，能够实现水平井多段有效分压，单趟钻具能够施工5～6段，可缩短施工周期、提高施工效率。该技术施工工艺较为复杂，必须借助工具座封或者压力座封，且分段施工时下井工具多，施工时任何一个环节出现问题都可能造成施工失败，造成大的事故。

③水平井膨胀式封隔器分段压裂技术

由于各种原因限制，一部分水平井采用裸眼完井，一般常规封隔器无法准确实现密封，对于后期压裂也会造成较大影响，为此针对于裸眼水平井，开发了膨胀式封隔器，以实现裸眼井分段密封的需求，该封隔器工作原理是遇油（水）时橡胶快速膨胀，以在井壁准确位置上膨胀形成密封。该技术作业成本低、风险小、可靠性高、压裂后可快速试油投产，且该技术已经在国外120多口井上得到了大规模应用，改造层段超过850段。

④连续油管跨式封隔器分段压裂技术

该压裂技术中射孔即可以采取电线传输、水力喷射或者连续油管传输进行，跨式封隔器施工过程中压裂流体通过连续油管注入，在每个单独射孔簇中实现压裂作业。该技术可实现在压裂设备未安置好之前完成所有射孔程序，减少非生产时间消耗，且当作业时出现早期脱砂时，上部封隔器有能力实现足够返回。同时，该技术还可以与泡沫压裂液配伍作业，适用于低应力、中低温环境、薄层和裂缝间距较小或者射孔簇较多的塑性地层。

⑤水平井水力喷射分段压裂技术

水平井水力喷射分段压裂技术是集封隔、射孔及压裂，运用水力喷射工具进行分段压裂的水平井压裂技术，采用喷射液的水力自密封原理对各层段进行隔离分段，因此不需用桥塞及封隔器等工具，实现自动封堵，且该技术适用范围广，针对于裸眼完井、筛管完井及套管完井的井都可以进行施工作业。

⑥水平井水力喷射+井下混合分段压裂技术

该技术首先进行水力射孔，接着由连续油管低速注入“液态支撑剂”，环空高速注入无支撑剂流体，这样可以大大降低连续油管磨破损害的可能性，同时还可以在孔眼处形成高速的混砂流体，实现支撑剂的深穿透，形成多支裂缝及支撑剂墩导流，通过不断调整环空速度，实现连续油管孔眼处所需的净压力，形成高浓度支撑剂充填层，重复操作不断改造完各射孔簇。

1.4 水平井多井同步压裂技术

邻井间同步压裂技术是指大致平行的2口以上（含2口）水平井同时进行压裂改造，其目的是在页岩气层中创造出更复杂的三维裂缝网络系统，增加裂缝系统表面积，产生更大地层压力。该技术于2006年首次在美国Ft. Worth盆地的Barnett页岩井中作业时进行了施工，在两口大致平行的水平井中进行同步压裂作业，两口井相距152～305 m，作业后两井均取得了成功，一口井稳产30 d，产气量25.5 ×104m3/d，该区域其它井产量只有（5.66～14.16）×104m3/d，说明该技术取得了较大成功。

1.5 水平井分段德洲“两步跳”压裂技术

该技术主要原理是在多段压裂时，通过改变岩石应力场，实现裂缝主分支缝与诱导缝相互连通，该技术“两步跳”的主要步骤为：从水平井水平段最远端开始施工，首先进行压裂，接着向井跟移动，重复压裂，这样可以使两段裂缝形成一定干扰；随后移动变化方向进行第三次压裂，该次压裂段处于前两次压裂段中间，这样就可以充分利用岩石应力场形成应力松弛缝。

1.6 水平井分段通道压裂技术

该技术主要原理是在水力压裂过程中高速交替注入不含支撑剂的冻胶液与含多级支撑剂的冻胶液，进而达到支撑剂的非均匀铺置，其次，冻胶液中加入可降解的纤维材料，以降低支撑剂在射孔处及地层裂缝中的耗散。该技术目前还可以通过岩石物理模型进行特定泵注程序及不同油藏性质下的通道压裂设计。

2 中国致密油开发建议

该技术主要原理是在水力压裂过程中高速交替注入不含支撑剂的冻胶液与含多级支撑剂的冻胶液，进而达到支撑剂的非均匀铺置，其次，冻胶液中加入可降解的纤维材料，以降低支撑剂在射孔处及地层裂缝中的耗散。该技术目前还可以通过岩石物理模型进行特定泵注程序及不同油藏性质下的通道压裂设计。

美国非常规油气的开发经过近30年的发展，已经从初期的大规模水力压裂发展到当今的水平井钻井、完井、压裂技术，且取得了较大成功，同时也带动了微地震监测技术、高效降阻剂、低密度支撑剂及连续混配技术等各项技术发展。

国内非常规油气的勘探开发刚出浴起步阶段，没有成套的完善技术。当前，国内比较成熟的技术有直井连续油管分段压裂技术、直井分压合采技术、直井大型压裂技术及水平井分段压裂改造技术等，以上技术可以为致密油气的开发提供一定的技术借鉴及帮助。针对于我国目前致密油气的开发的现状，建议加强以下几个方面的研究：

①致密油气体积压裂技术。该技术包括体积压裂缝网形成的力学机理及压裂裂缝延伸模式，压裂工艺等形成裂缝网格及大规模体积裂缝的参数设计方法，压裂裂缝监测技术和压裂作业后油气井的产能评价方法与技术。

②水平井分段压裂技术。该技术包括水平井钻井完井、地质评价、压裂选段、射孔参数优化、滑套式喷砂器、连续油管射孔、水平井分段压裂设计、测试解释方法、水平井多段压裂优化设计及现场试验。

③特殊压裂材料和设备研究。主要包括压裂液配方优化及优选、超低密度支撑剂研究及大型压裂设备的研制，同时，还需要将压裂设备与压裂材料进行结合研究，已达到最佳的压裂效果。

④致密油增产配套的钻井技术研究。一是研究出如何在同一井场布置多口井实现工厂化钻井，二是双分支井合理的钻井工程设计尤为关键。此外还需要侧重致密油气层地层特点开发与之相适应的钻井液体系。

⑤致密油气开发还要注意环境保护问题。不管是钻进过程中的钻井液和后期开发的压裂液都需要保护油气储层，尽最大可能降低环境污染和提高良性产能。

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Development of Yield-increasing Technique of Overseas Tight Oil and Suggestions on Exploitation and Development of Chinese Tight Oil

SHI Jie-qing1, DENG Nan-tao2, ZHANG Wen-zhe2, LIANG Wei-wei2, ZHU Liang1, WU Zi-xian3, ZHANG Wen-ting4, MA Long1
（1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China; 2. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum Co.Ltd., Shannxi Xi’an 710075, China; 3. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., CNOOC, Tianjin 300450, China; 4. College of Geoscience,Yangtze University, Hubei Wuhani 430100, China）

North America is experiencing a tight oil evolution following the previous shale gas evolution, while petroleum production has increased greatly, which effectively promotes the development of horizontal well drilling technology, fracturing technology and matching tools. Tight oil is quite different from conventional oil reservoirs, but has many similarities with shale gas in reservoir characteristics, production features and development methods. In this paper, through investigation on foreign tight oil technologies, tight oil drilling technology in both vertical and horizontal wells, staged fracturing technology and multi-well fracturing technology were researched and analyzed. The potential and advantages of overseas tight oil well-stimulation method were discussed, and some recommendations for the development of Chinese tight oil in the initial stage were put forward.

Tight oil; Horizontal well; Fracturing; Water jet; North America

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）02-0335-03

2014-12-02

史杰青，男，硕士研究生，研究方向：主要从事石油钻井及岩石力学工程与应用研究工作。E-mail：dddd2023@qq.com。