中國(guó)石化頁(yè)巖油工程技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展展望

張錦宏

（中石化石油工程技術(shù)服務(wù)股份有限公司，北京 100020）

根據(jù)“十三五”資源評(píng)價(jià)與最新研究成果，我國(guó)頁(yè)巖油地質(zhì)資源量約為270×108t，有望成為重要的接替資源。中國(guó)石化頁(yè)巖油地質(zhì)資源量約占全國(guó)的1/3，主要分布在渤海灣盆地、江漢盆地、蘇北盆地及鄂爾多斯盆地等7 個(gè)盆地[1-3]，主要為陸相頁(yè)巖油，其工程技術(shù)普遍存在以下難點(diǎn)[4]：1）頁(yè)巖非均質(zhì)性強(qiáng)，巖性組合復(fù)雜多樣，頁(yè)巖油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)難度大；2）陸相頁(yè)巖熱演化程度普遍較低，原油流動(dòng)性差，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度和滲透率要求高、單井產(chǎn)量低；3）陸相頁(yè)巖普遍處于中成巖階段，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖縱向、橫向巖性變化快，黏土含量高，巖石塑性強(qiáng)，普遍存在“破裂壓力高、裂縫延伸短、返排率低、穩(wěn)定產(chǎn)量低”的現(xiàn)象。為此，中國(guó)石化開展了陸相頁(yè)巖油工程技術(shù)攻關(guān)研究，采用了勘探開發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化、科研生產(chǎn)一體化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化的生產(chǎn)模式，形成了頁(yè)巖油儲(chǔ)層甜點(diǎn)地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)、水平井綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂和CO2干法壓裂技術(shù)等一系列核心技術(shù)，初步形成了中國(guó)石化頁(yè)巖油水平井工程技術(shù)體系，有力支撐了頁(yè)巖油的勘探評(píng)價(jià)。目前，中國(guó)石化已累計(jì)完成17 口頁(yè)巖油專探井，均見(jiàn)到頁(yè)巖油流，測(cè)試峰值產(chǎn)量達(dá)到171 t/d，展現(xiàn)出較大的勘探潛力。

1 頁(yè)巖油工程技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 頁(yè)巖油儲(chǔ)層甜點(diǎn)地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)頁(yè)巖油儲(chǔ)層甜點(diǎn)是頁(yè)巖油水平井工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于提高油井產(chǎn)量至關(guān)重要。為此，通過(guò)攻關(guān)研究，建立了以含油性、儲(chǔ)集性、可動(dòng)性和可壓性為主要因素的頁(yè)巖油地質(zhì)和工程“雙甜點(diǎn)”綜合評(píng)價(jià)體系[5]，并采用井震結(jié)合的模式，形成了基于巖相、裂縫和脆性等參數(shù)評(píng)價(jià)的地球物理甜點(diǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)，為頁(yè)巖油選區(qū)、選帶、選層和定靶提供科學(xué)依據(jù)。該技術(shù)在濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖油勘探中進(jìn)行了應(yīng)用，明確了鈣質(zhì)紋層狀頁(yè)巖相是“甜點(diǎn)層”，落實(shí)了頁(yè)巖油有利區(qū)帶和層位，為該坳陷頁(yè)巖油有效開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1.2 頁(yè)巖油鉆井技術(shù)

1.2.1 個(gè)性化工具鉆井提速技術(shù)

為提高灰質(zhì)泥巖地層的鉆進(jìn)速度，研制了個(gè)性化鉆頭（強(qiáng)化鉆頭的攻擊性、抗沖擊和導(dǎo)向性）和提速工具，有效提高了破巖效率。1）研制了PK5245SZ型鉆頭，采用脊形齒與錐齒，中低密度布齒，具有較好的攻擊性和穩(wěn)定性。該鉆頭采用剪切+犁削、剪切+擠壓的破巖方式，能有效提高破巖效率，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，機(jī)械鉆速可提高21%。2）研制了恒扭矩工具，能自動(dòng)調(diào)整鉆進(jìn)扭矩，從而提高PDC 鉆頭工作的穩(wěn)定性，防止鉆頭損壞，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命[6-7]。3）選用了水力振蕩器，利用水力脈沖產(chǎn)生軸向振動(dòng)，振動(dòng)頻率15 Hz、振動(dòng)幅度3～9 mm，降低了鉆具與井眼間的摩阻，改善了鉆壓傳遞效果，提高了工具面控制精度，有效提高了鉆井效率。

1.2.2 薄儲(chǔ)層水平井井眼軌跡精確控制技術(shù)

針對(duì)薄儲(chǔ)層水平井井眼軌跡控制困難的問(wèn)題，研制了變徑穩(wěn)定器、ATS 型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和伽馬成像測(cè)井儀器，形成了薄儲(chǔ)層水平井井眼軌跡精確控制技術(shù)。1）對(duì)于新區(qū)探井或地層傾角變化較大的構(gòu)造邊緣井，采用伽馬成像測(cè)井技術(shù)控制井眼軌跡，伽馬測(cè)量盲區(qū)3 m，能及時(shí)調(diào)整水平段井眼軌跡，確保優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到95%以上。2）針對(duì)水平段滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻扭矩大、井眼軌跡控制難度大的問(wèn)題，研制了變徑穩(wěn)定器，通過(guò)地面泵壓變化控制其扶正塊伸出和縮回，改變鉆具組合剛性，配合鉆井參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到增斜、降斜的目的，使水平段復(fù)合鉆進(jìn)比例提高30%以上。3）研制了ATS 型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，采用靜態(tài)推靠導(dǎo)向模式，在不旋轉(zhuǎn)外套上集成高精度姿態(tài)測(cè)量傳感器、大推力液壓控制單元，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，最大造斜率6.5°/30m、井斜角測(cè)量精度±0.1°、方位角測(cè)量精度±1.0°，額定工作溫度125 ℃、額定工作壓力110 MPa，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)導(dǎo)向和井眼軌跡的精確控制。

1.2.3 頁(yè)巖地層防塌鉆井液技術(shù)

針對(duì)頁(yè)巖地層鉆進(jìn)過(guò)程中易出現(xiàn)井壁坍塌的問(wèn)題[8-9]，研制應(yīng)用了抗高溫合成基鉆井液、油基鉆井液和抗鹽油基鉆井液等3 種鉆井液體系。

1）抗高溫合成基鉆井液體系。針對(duì)頁(yè)巖地層井壁失穩(wěn)機(jī)理，優(yōu)選與氣制油匹配的抗高溫處理劑，研制了抗高溫合成基鉆井液體系，解決了高溫條件下有機(jī)土的聚結(jié)問(wèn)題，增強(qiáng)了油水界面膜強(qiáng)度，提高了重晶石顆粒在油相中的分散性。結(jié)合緊密堆積理論，優(yōu)化了封堵材料的組成與加量，強(qiáng)化了合成基鉆井液對(duì)微裂縫的封堵能力，封堵層承壓能力達(dá)到5 MPa，有效阻止壓力在頁(yè)巖中傳遞?？垢邷睾铣苫@井液配方為75%～80%合成基基礎(chǔ)油+3%～4%有機(jī)土+3%～4%抗高溫乳化劑+2%輔乳化劑+4%潤(rùn)濕劑+3%～4%高軟化點(diǎn)油基封堵劑+1%油基納米封堵劑+20%～25%氯化鈣鹽水+3%～4%堿度調(diào)節(jié)劑，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，該鉆井液抗溫180 ℃，最高密度達(dá)2.30 kg/L，頁(yè)巖滾動(dòng)回收率96.5%，抗巖屑污染能力滿足鉆井要求。同時(shí)，通過(guò)采取活性碳纖維吸附、細(xì)振動(dòng)篩分離、高速離心機(jī)清除和鉆井液性能調(diào)整等措施，實(shí)現(xiàn)了合成基鉆井液體系的重復(fù)利用，從而有效降低了鉆井液費(fèi)用。該鉆井液在FYP1 井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在井底溫度151 ℃條件下，高溫高壓濾失量低于5 mL，摩阻100～180 kN，起下鉆順利，未出現(xiàn)嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)問(wèn)題。

2）油基鉆井液體系。頁(yè)巖地層層理發(fā)育，采用水基鉆井液鉆進(jìn)時(shí)易水化分散，造成井壁失穩(wěn)，而油基鉆井液具有很好的抑制性和潤(rùn)滑性，能有效控制頁(yè)巖水化、分散和垮塌，從而確保井眼穩(wěn)定。為此，以白油為連續(xù)相，以質(zhì)量濃度28.0 g/L 的CaCl2水溶液為水相，并優(yōu)選主、副乳化劑，加入0.5%～1.0% 潤(rùn)濕劑，配制了白油基鉆井液體系，配方為80.0%白油+20.0%質(zhì)量濃度28.0 g/L 的CaCl2水溶液+2.5%主乳化劑MUL1+1.5%輔乳化劑COAT1+1.5% 潤(rùn)濕劑+2.5% 有機(jī)膨潤(rùn)土+3.0% 降濾失劑FLTR1+2.0%pH 值調(diào)節(jié)劑CaO+0.5%提切劑TQJ+2.0% 樹脂封堵劑SZF+3.0% 乳化封堵劑RHF+2.0%納米封堵劑NMF。室內(nèi)試驗(yàn)表明，該鉆井液密度為1.45～1.56 kg/L，塑性黏度為38～55 mPa·s，動(dòng)切力為5～12 Pa，API 濾失量為0，高溫高壓濾失量為2.4～3.0 mL，摩阻系數(shù)為0.072，具有良好的抑制性和潤(rùn)滑性。該鉆井液在BYHF1 井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，井徑擴(kuò)大率僅3.88%，起下鉆摩阻40～50 kN，未出現(xiàn)嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)問(wèn)題，套管順利下至設(shè)計(jì)位置。

3）抗鹽油基鉆井液體系。潛江組頁(yè)巖地層主要是膏鹽韻律層，鉆井過(guò)程中易因鹽巖蠕動(dòng)、溶解、散落、塑性流動(dòng)及鹽的重結(jié)晶而發(fā)生卡鉆、井眼失穩(wěn)等井下故障[10]。為此，對(duì)油基鉆井液的水相進(jìn)行了改良，配制了抗鹽油基鉆井液體系。同時(shí)，將鉆井液密度提高至1.60 kg/L 以上，以抑制鹽巖層的塑性蠕變。鉆井過(guò)程中，將井內(nèi)鉆井液轉(zhuǎn)換為油基鉆井液后，要嚴(yán)格控制主要性能參數(shù)，要求破乳電壓大于400 V、塑性黏度≤60 mPa·s、漏斗黏度60～90 s，以確保具有良好的乳化穩(wěn)定性及攜巖能力。

1.2.4 頁(yè)巖油水平井固井技術(shù)

濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖油水平井水平段泥頁(yè)巖地層井壁易失穩(wěn)[11]，且部分井采用油基鉆井液鉆進(jìn)，導(dǎo)致濾餅難以清除，從而影響固井質(zhì)量，為此，中國(guó)石化開展了水泥漿配方及性能優(yōu)化、固井工藝研究，初步形成了頁(yè)巖油水平井固井技術(shù)，并在濟(jì)陽(yáng)坳陷8 口頁(yè)巖油水平井進(jìn)行了應(yīng)用，其中5 口井固井質(zhì)量合格率100%。1）優(yōu)選固態(tài)防竄膠粉及高溫增強(qiáng)劑，優(yōu)化膠乳防竄水泥漿配方，強(qiáng)化水泥石防竄性、抗裂性、抗溫性和致密性；采用沖洗液+隔離液+沖洗液+隔離液二次攜帶二次沖洗模式，強(qiáng)化油膜清除效率。2）使用整體扶正器和樹脂扶正器，提高套管居中度。3）采用憋壓候凝方式，井口憋壓3～5 MPa，保證壓穩(wěn)，以提高固井質(zhì)量。4）針對(duì)鹽間頁(yè)巖油水平井鹽水鉆井液與膠乳水泥漿的配伍存在不確定性，鹽層蠕動(dòng)易造成鎖喉憋泵等難點(diǎn)，優(yōu)化前置液配方及其用量，優(yōu)化加重材料的粒徑級(jí)配，提高前置液的封堵效果，并加入硬質(zhì)纖維提高沖洗效率，提高水平段沖洗效果。5）在領(lǐng)漿、尾漿干混時(shí)加入堵漏纖維，固井施工時(shí)準(zhǔn)備好液體纖維備用，進(jìn)行防漏處理。6）在尾漿中加入少量防腐劑，以提高水泥石早期強(qiáng)度。7）儲(chǔ)層井段采用雙凝雙密度固井工藝固井，漿體結(jié)構(gòu)為前置液+水泥漿+壓塞液+水基加重漿+碰壓液，兼顧了防漏和防竄的需求。

1.3 頁(yè)巖油測(cè)井錄井評(píng)價(jià)技術(shù)

1.3.1 水平井綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

自主研發(fā)了MRC 地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，井斜角和伽馬測(cè)量盲區(qū)約10 m，較之前縮短約8 m；研發(fā)了三維可視化遠(yuǎn)程跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向分析系統(tǒng)，集井眼軌道設(shè)計(jì)、地質(zhì)建模、井眼軌跡動(dòng)態(tài)調(diào)整等功能于一體，實(shí)現(xiàn)從“摸著打”到“看著打”的轉(zhuǎn)變。基于MRC地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)和三維可視化遠(yuǎn)程跟蹤地質(zhì)導(dǎo)向分析系統(tǒng)，形成了水平井綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，可有效提高地質(zhì)中靶率、儲(chǔ)層鉆遇率及鉆井時(shí)效。該技術(shù)在勝利油田濟(jì)陽(yáng)坳陷8 口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，油層鉆遇率達(dá)到95% 以上，且提高了井身質(zhì)量和機(jī)械鉆速，鉆井周期縮短29.5%、建井周期縮短11.4%。

1.3.2 頁(yè)巖油錄井評(píng)價(jià)技術(shù)

針對(duì)頁(yè)巖油勘探開發(fā)需求，開展了巖石熱解地化錄井、熒光薄片錄井、碳同位素錄井、QEMSCAN多功能礦物定量掃描錄井、多維核磁錄井技術(shù)和X-衍射全巖礦物分析（XRD）等多種錄井技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用[12-13]。其中，巖石熱解地化錄井技術(shù)可在評(píng)價(jià)烴源巖的基礎(chǔ)上，利用熱解參數(shù)計(jì)算頁(yè)巖滯留烴量；利用多維核磁錄井技術(shù)可快速評(píng)價(jià)納米級(jí)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)；利用碳同位素錄井技術(shù)可隨鉆快速識(shí)別頁(yè)巖油氣甜點(diǎn)井段。對(duì)比分析鉆井液混油前后泥巖樣品的地化譜圖，可先確定油基鉆井液譜圖，進(jìn)而確定泥巖地層的含油性，實(shí)現(xiàn)油基鉆井液條件下地層含油性的快速識(shí)別。

1.3.3 頁(yè)巖油測(cè)井技術(shù)

頁(yè)巖具有巖相、儲(chǔ)集性、含油性和油氣賦存方式復(fù)雜多變的特點(diǎn)，利用測(cè)井資料進(jìn)行認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)較為困難。在利用電成像測(cè)井、元素測(cè)井、三維聲波掃描成像測(cè)井等資料的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)化驗(yàn)數(shù)據(jù)刻度特殊測(cè)井、特殊測(cè)井刻度常規(guī)測(cè)井的思路，構(gòu)建了包含巖性、孔隙度、含油飽和度、有機(jī)碳含量、游離烴和脆性指數(shù)等評(píng)價(jià)參數(shù)的定量計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了泥頁(yè)巖六性定量表征，解決了測(cè)井評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖巖相、流體性質(zhì)和劃分有利儲(chǔ)集段等難題。該技術(shù)在FYP1HF 井進(jìn)行了應(yīng)用，全井解釋一類頁(yè)巖油層2 層（18.9 m）、二類頁(yè)巖油層14 層（293.0 m）、三類頁(yè)巖油層41 層（1 091.0 m）。

1.4 頁(yè)巖油儲(chǔ)層改造技術(shù)

1.4.1 全井段多尺度復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂技術(shù)

頁(yè)巖油儲(chǔ)層黏土含量高、脆性低、應(yīng)力差異大（應(yīng)力差異系數(shù)達(dá)1.50），縫網(wǎng)壓裂難度極大[14-15]。因此，研究形成了“密切割+變排量+變黏度”的全井段多尺度復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂技術(shù)，采用密切割方式，并結(jié)合限流法、投球暫堵轉(zhuǎn)向等方法實(shí)現(xiàn)均衡壓裂，增大壓裂波及范圍，實(shí)現(xiàn)全井段儲(chǔ)層的有效動(dòng)用。壓裂作業(yè)過(guò)程中，采用“變排量”工藝交替注入高黏和低黏壓裂液，充分利用壓力脈沖效應(yīng)和黏滯指進(jìn)效應(yīng)，促使多尺度裂縫充分延伸，從而形成既有溝通遠(yuǎn)井地帶的主裂縫，又有與主裂縫有效連通的近井、中井及遠(yuǎn)井的小微尺度裂縫，形成全水平段裂縫網(wǎng)絡(luò)，提高頁(yè)巖油儲(chǔ)層改造效果。

1.4.2 穿層壓裂技術(shù)

陸相頁(yè)巖油儲(chǔ)層縱向巖性變化快，壓裂裂縫在縫高方向上的延伸難度極大。為此，建立了縱向非均衡條件下三維裂縫擴(kuò)展的數(shù)值模型，形成了真三軸條件下縱向非均質(zhì)儲(chǔ)層的壓裂物理模擬試驗(yàn)方法，為井眼軌道優(yōu)化、射孔位置選擇、壓裂液組合優(yōu)化提供了指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，研究了可實(shí)現(xiàn)立體造縫的穿層壓裂技術(shù)，形成了“高黏度(≥60 mPa·s)+高排量(≥12 m3/min)”的組合壓裂模式，與常規(guī)壓裂技術(shù)相比縫高可增加40%～58%，保證了縱向上壓裂裂縫的覆蓋范圍。

1.4.3 變黏度滑溜水體系

為實(shí)現(xiàn)陸相頁(yè)巖油的穿層壓裂及多尺度縫網(wǎng)改造目的，需要低黏(1～3 mPa·s)、高黏(12～20 mPa·s)和超高黏(≥60 mPa·s)等3 種滑溜水體系，因而滑溜水體系要具有較好的變黏度特性；而且，陸相頁(yè)巖地層黏土礦物含量普遍偏高，容易因黏土膨脹而影響壓裂改造效果，因此，滑溜水體系要具有良好的頁(yè)巖抑制性能。為此，基于常規(guī)滑溜水體系，研發(fā)了低成本、強(qiáng)抑制性的變黏度滑溜水體系，其黏度在1～60 mPa·s 間可調(diào)，降阻率達(dá)82%，能實(shí)現(xiàn)在線混配，延遲交聯(lián)時(shí)間可控，低傷害無(wú)殘?jiān)?，可滿足頁(yè)巖油穿層壓裂及多尺度縫網(wǎng)壓裂的需求。

1.4.4 二氧化碳干法加砂壓裂技術(shù)

陸相頁(yè)巖黏土含量高，儲(chǔ)層塑性強(qiáng)，壓裂作業(yè)形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度大，且壓后需盡快返排壓裂液以降低儲(chǔ)層傷害。為此，結(jié)合多尺度縫網(wǎng)壓裂工藝和降低儲(chǔ)層傷害需求，研發(fā)了CO2干法加砂壓裂技術(shù)。該技術(shù)將常規(guī)水基壓裂液的水介質(zhì)換成液態(tài)CO2，并在液態(tài)CO2中加入CO2稠化劑，使其具備較好的攜砂性能，當(dāng)井底溫度升高至臨界溫度時(shí)，進(jìn)入井筒的液態(tài)CO2變?yōu)槌R界狀態(tài)，此時(shí)CO2同時(shí)具備液體的高密度和氣體的強(qiáng)穿透、低張力性能。在造縫階段，超臨界CO2能有效進(jìn)入儲(chǔ)層基質(zhì)，提高壓裂效率，形成復(fù)雜裂縫；在返排階段，CO2泡沫界面張力是清水的20%～30%，在地層內(nèi)會(huì)氣化膨脹，從而大幅度增加了壓裂液返排能量；在生產(chǎn)過(guò)程中，CO2與原油有很好的互溶性，可以顯著降低其黏度，增加原油流動(dòng)能力。該技術(shù)在潛江凹陷XX-16 井（鹽間頁(yè)巖油）進(jìn)行了應(yīng)用，液態(tài)CO2和超臨界CO2的黏度分別達(dá)到黏度9 和2 mPa·s，降阻率達(dá)40%。該井壓裂施工排量高達(dá)4.6 m3/min，加砂量18.15 m3，液態(tài)CO2使用量816.42 m3，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)CO2干法加砂壓裂液態(tài)CO2黏度最高、加砂量和使用液量最大等多項(xiàng)紀(jì)錄。

2 頁(yè)巖油工程技術(shù)存在的問(wèn)題

近年來(lái)，中國(guó)石化共完鉆17 口頁(yè)巖油水平井，平均完鉆井深4 338.26 m，平均垂深3 227.06 m，最大垂深4 308.67 m，水平段平均長(zhǎng)978.53 m，水平段最長(zhǎng)1 716.00 m，濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖油勘探取得了重大突破，已初步形成了陸相頁(yè)巖油水平井工程技術(shù)體系。但是，與北美頁(yè)巖油工程技術(shù)相比[16-17]，還存在較大的差距，需要解決以下問(wèn)題。

1）頁(yè)巖油資源開采類型多、品質(zhì)差。中國(guó)石化各頁(yè)巖油區(qū)塊雖然整體資源規(guī)模較大，但平面上有利區(qū)分布面積相對(duì)偏小、巖相類型多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)，包括鈣質(zhì)泥頁(yè)巖型、鹽間云質(zhì)/灰質(zhì)頁(yè)巖型、泥頁(yè)巖型等[18-19]，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖單層厚度較薄，“地質(zhì)工程雙甜點(diǎn)層”識(shí)別難度大。

2）陸相頁(yè)巖地層黏土礦物含量普遍偏高，儲(chǔ)層多為微裂縫、層理發(fā)育，鉆井完井過(guò)程中易發(fā)生井漏、井壁失穩(wěn)等井下故障。例如，濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖油水平井水平段鉆進(jìn)中發(fā)生井漏、井塌的風(fēng)險(xiǎn)高，導(dǎo)致鉆井成本高；蘇北盆地阜三段/阜二段泥頁(yè)巖地層井壁易失穩(wěn)，阜二段蝕變帶易發(fā)生漏失、氣侵，鉆井周期長(zhǎng)。

3）陸相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層年代跨度大、相變頻繁，普遍具有縱向?qū)酉刀啵瑑?chǔ)層溫度高、應(yīng)力差大、脆性低等特征，導(dǎo)致壓裂改造難度大?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，陸相頁(yè)巖存在破裂壓力高、裂縫延伸困難、加砂困難、壓裂液費(fèi)用高和產(chǎn)能受限等問(wèn)題，極大地限制了陸相頁(yè)巖油的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。

4）頁(yè)巖油賦存機(jī)理研究、選區(qū)評(píng)價(jià)、地質(zhì)-工程一體化、超長(zhǎng)水平段優(yōu)快鉆井技術(shù)及提效降本高效壓裂技術(shù)等研究不夠系統(tǒng)，無(wú)法滿足陸相頁(yè)巖油高效勘探開發(fā)的需求。

3 頁(yè)巖油工程技術(shù)發(fā)展展望

隨著頁(yè)巖油勘探開發(fā)力度不斷加大，需加強(qiáng)長(zhǎng)水平段水平井鉆井完井、壓裂改造等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，加大現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)規(guī)模，盡快突破制約陸相頁(yè)巖油發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)[20-21]，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的頁(yè)巖油工程技術(shù)體系。

3.1 頁(yè)巖油井工廠多層系立體開發(fā)技術(shù)

國(guó)外頁(yè)巖氣開發(fā)多采用井工廠作業(yè)模式，作業(yè)效率大幅提高，單井成本顯著降低，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的規(guī)模效益開發(fā)。中國(guó)石化頁(yè)巖油儲(chǔ)層具有縱向?qū)酉刀?、?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層薄的特點(diǎn)，為減少占地面積，提高儲(chǔ)量動(dòng)用率，實(shí)現(xiàn)多個(gè)層位的有效開發(fā)，部署立體井網(wǎng)，“少臺(tái)多井”的井工廠模式成為頁(yè)巖油開發(fā)的必然選擇。為此，需要優(yōu)化井位部署、井間垂直間距和水平間距等，研制適應(yīng)長(zhǎng)水平段水平井鉆井的鉆機(jī)快速移動(dòng)系統(tǒng)，開展密集叢式井組防碰打快技術(shù)、磁導(dǎo)向井眼軌跡控制技術(shù)、防干擾抗污染防塌鉆井液技術(shù)、立體井網(wǎng)防干擾壓裂技術(shù)等研究，盡快形成頁(yè)巖油井工廠多層系立體開發(fā)技術(shù)，提高頁(yè)巖油區(qū)塊整體開發(fā)效益。

3.2 超長(zhǎng)水平段水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)

美國(guó)頁(yè)巖油氣水平井水平段長(zhǎng)度一般為4 000 m，最長(zhǎng)達(dá)到6 366 m，國(guó)內(nèi)頁(yè)巖油水平井水平段長(zhǎng)度一般為1 000～2 000 m，長(zhǎng)慶油田隴東地區(qū)1 口頁(yè)巖油水平井水平段長(zhǎng)度達(dá)到4 088 m[22]，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)紀(jì)錄。因此，積極開展超長(zhǎng)水平段水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，對(duì)于縮小與國(guó)外頁(yè)巖油水平井鉆井技術(shù)差距，提高單井產(chǎn)量和可采儲(chǔ)量，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油效益開發(fā)具有重要意義。結(jié)合目前技術(shù)現(xiàn)狀，開展超長(zhǎng)水平段水平井鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以摩阻最低、地質(zhì)甜點(diǎn)鉆遇率最高和工程難度最小為目標(biāo)優(yōu)化井眼軌道設(shè)計(jì)，研制降摩減阻、隨鉆防卡和井眼清潔等配套工具，開展水平段井壁失穩(wěn)機(jī)理和防塌鉆井液、超長(zhǎng)水平段套管安全下入和固井工藝、超長(zhǎng)水平段關(guān)鍵裝備配套研究，最終達(dá)到完善3 000 m、形成4 000 m、突破5 000 m 的超長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)體系。

3.3 頁(yè)巖油地質(zhì)-壓裂一體化技術(shù)

陸相頁(yè)巖油橫縱向巖性變化快，黏土含量高，與海相頁(yè)巖油存在較大區(qū)別，需在儲(chǔ)層地質(zhì)特征研究的基礎(chǔ)上，以提高單井預(yù)計(jì)最終采收率為優(yōu)化目標(biāo)，將工程地質(zhì)、壓裂材料和施工工藝有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)陸相頁(yè)巖油勘探開發(fā)的突破。為此，需開展地質(zhì)建模、巖石破裂機(jī)理和裂縫相交作用準(zhǔn)則等研究，形成具有陸相頁(yè)巖油特點(diǎn)的工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，開展高應(yīng)力差條件下提高裂縫復(fù)雜性與改造體積技術(shù)研究，優(yōu)化壓裂段數(shù)、射孔簇?cái)?shù)與施工規(guī)模的匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)與經(jīng)濟(jì)成本之間的平衡，形成高應(yīng)力、高黏土含量下支撐劑的選型方法、組合方式與加入方式，獲得高閉合壓力條件下的長(zhǎng)期高導(dǎo)流能力，最終建立適合陸相頁(yè)巖油儲(chǔ)層改造的高效方法，形成地質(zhì)-壓裂一體化技術(shù)體系。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，中國(guó)石化圍繞陸相頁(yè)巖油勘探開發(fā)需求，通過(guò)工程技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用研究，初步形成了頁(yè)巖油工程技術(shù)體系，有力支撐了頁(yè)巖油勘探開發(fā)的順利進(jìn)行。但是，與國(guó)外頁(yè)巖油工程技術(shù)相比還有較大差距，需要在完善現(xiàn)有頁(yè)巖油工程技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，聚焦科技創(chuàng)新關(guān)鍵問(wèn)題，進(jìn)一步開展關(guān)鍵技術(shù)和降本增效攻關(guān)、理論與技術(shù)配套成型，加大頁(yè)巖油地質(zhì)-工程技術(shù)一體化整合優(yōu)化攻關(guān)力度，提高單井產(chǎn)量和可采儲(chǔ)量，滿足提質(zhì)提速提效提產(chǎn)的需求，實(shí)現(xiàn)陸相頁(yè)巖油的綠色、規(guī)模、效益開發(fā)。