超深油氣儲集層改造技術(shù)進展與發(fā)展方向

雷群，胥云，楊戰(zhàn)偉，才博，王欣，周朗，劉會鋒，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)儲量約3 500×108t，天然氣地質(zhì)儲量約 300×1012m3，其中，石油探明儲量約120×108t、天然氣探明儲量約 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—超深層油氣儲集層探明率低、產(chǎn)量占比低，增儲上產(chǎn)空間較大。超深油氣儲集層具有埋藏深（6 500～8 882 m）、溫度高（150～200 ℃）、壓力高（105～155 MPa）等特殊地質(zhì)條件，儲集層改造技術(shù)的研發(fā)與應用面臨諸多難題[3]。

本文通過回顧超深層油氣儲集層改造技術(shù)的發(fā)展歷程，系統(tǒng)闡述了國內(nèi)外超深層儲集層改造技術(shù)特色，明確了目前超深層儲集層改造技術(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落后。通過全面剖析國內(nèi)超深層油氣藏的地質(zhì)特點、儲集層改造技術(shù)存在的主要難點、未來的技術(shù)需求，提出了超深層油氣儲集層改造技術(shù)的發(fā)展方向。

1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外超深層油氣儲集層改造技術(shù)發(fā)展歷程

北美20世紀60年代開始啟動超深儲集層鉆井試驗，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10 960 m，超深油氣儲集層改造技術(shù)隨著該類油氣藏的成功開發(fā)不斷進步，其發(fā)展歷程可分為3個階段。

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，部分巨厚層采用機械分層進行簡單分層改造。該階段主要針對儲集層物性較好、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）：由于超深儲集層類型越來越復雜，儲集層改造技術(shù)需求呈現(xiàn)多樣化，超深油氣儲集層改造技術(shù)也呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢。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，促進了超深油氣儲集層改造技術(shù)的進步，滿足了超深碎屑巖、超深碳酸鹽巖及超深火山巖儲集層改造需求[6-7]。

1.2 中國超深油氣儲集層改造技術(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，中國超深油氣儲集層改造最大井深達8 882 m。陸上超深層儲集層改造技術(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70年代為研究深層地應力，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[8]，90年代中期，塔里木東河油田成功實施了深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實現(xiàn)7 000 m以深井加砂壓裂（2000—2010年）：超深油氣儲集層改造技術(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，成為探索異常高應力超深井儲集層改造新技術(shù)的起點；塔里木油田野云 2井首次采用加重壓裂液進行施工，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現(xiàn)了7 000 m以深直井多級大規(guī)模酸壓改造[10-11]；深層火山巖儲集層改造技術(shù)獲得突破[12]。

③實現(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，實現(xiàn)了7 000 m以深碎屑巖直井多級分層改造，同時成功實現(xiàn)8 000 m以深井酸壓改造。超深層碳酸鹽巖儲集層開發(fā)了復合酸壓及水平井分段轉(zhuǎn)向酸壓技術(shù)。克深2-2-8井是塔里木油田實施的第 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，實現(xiàn)了多級縫內(nèi)轉(zhuǎn)向并實施了井下微地震監(jiān)測[13]。

國內(nèi)外超深儲集層改造井最深已達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)方面實現(xiàn)引領(lǐng)[14-15]。

1.3 中國超深油氣儲集層改造技術(shù)主要進展

超深儲集層工況條件復雜，改造技術(shù)研究方向主要集中在超深油氣儲集層改造理論、室內(nèi)物理模擬實驗、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、提高超深儲集層動用率的優(yōu)化設(shè)計等方面，通過多年的積累，這些技術(shù)發(fā)展較快。

1.3.1 超深油氣儲集層改造理論研究及室內(nèi)物理模擬實驗

重點開展了裂縫擴展、流體流動和支撐劑導流 3個方面的機理研究。超深儲集層高應力及高兩向應力差特征明顯，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，實現(xiàn)提高超深巨厚儲集層縱向改造程度。同時針對超深碳酸鹽巖儲集層，采用大型透明平行板實驗裝置，研究了黏性指進、酸巖反應、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，結(jié)合交聯(lián)酸濾失控制及實現(xiàn)深穿透原理，形成了交聯(lián)酸攜砂工藝技術(shù)[16]。

超深儲集層實現(xiàn)體積改造需借助天然裂縫，理論分析認為當人工裂縫與天然裂縫夾角小于30°時，無論水平應力差多大，天然裂縫均可能會張開；夾角為30°～60°時，水平應力比（水平最大主應力與水平最小主應力之比）為 1.0～1.3時，天然裂縫會張開，具有形成縫網(wǎng)的條件，水平應力比大于等于1.5時，天然裂縫不會張開，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，無論水平應力比多大，天然裂縫都不會張開，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)超深儲集層能否形成縫網(wǎng)的理論判識圖表。如表 1即為庫車山前天然裂縫發(fā)育的超深碎屑巖儲集層能否形成縫網(wǎng)的理論判識圖表，根據(jù)表中地應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)判斷表及典型應用井

為直接觀察水力裂縫在巖石中的擴展形態(tài)，中國石油勘探開發(fā)研究院引進了Terretak公司研發(fā)的邊長1 m立方體大巖樣全三維應力加載水力壓裂實驗裝備，最大實驗加載應力69 MPa，最大應力差14 MPa，可加載孔隙壓力20 MPa，配套了24路聲波信號傳感器，可實時監(jiān)測解釋巖樣內(nèi)裂縫擴展形態(tài)。實驗證實，天然裂縫較發(fā)育的碳酸鹽巖，水平兩向應力差為15 MPa時仍然能形成復雜縫網(wǎng)，改造工程參數(shù)排量與黏度乘積為1×10?8N·m數(shù)量級時，人工裂縫可溝通更多天然裂縫，形成縫網(wǎng)。在微裂縫發(fā)育的致密砂巖儲集層中加入暫堵劑材料，可以提高縫內(nèi)凈壓力達到開啟微裂縫的目的，在此條件下開展實驗，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

改造液材料性能對超深油氣儲集層改造技術(shù)的實施至關(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速度低，對管柱腐蝕速率可控。

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）試驗成功后，目前已在長慶、吉林、大慶、華北等 9個油氣田試驗應用超過上千井次。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，目前尚未見成功應用報道[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，現(xiàn)場應用難度較大[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，部分學者在瓜爾膠壓裂液基礎(chǔ)上，優(yōu)選溴化鈉與硝酸鈉復配作為加重劑，硼化合物或有機鋯作為交聯(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險。

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）。同時研發(fā)了耐鹽緩蝕劑，解決了高鹽溶液在高溫下對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[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)儲集層均勻布酸難題。但超深油氣儲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)進展緩慢，滿足 160 ℃以上碳酸鹽巖儲集層改造的耐高溫緩蝕劑鮮有報道。

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膠筒設(shè)計模式，采用軟件模擬與實驗相結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)計最優(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)投球滑套和定點多簇滑套，耐溫150 ℃，耐壓70 MPa，配套低密度復合球和可溶球；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到140 MPa，滿足深層高壓施工需求。

1.3.4 提高超深儲集層動用率的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

超深油氣儲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)展為復合酸壓、暫堵分層及裂縫性儲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”復合壓裂、“暫堵球+纖維”組合、前置液黏性指進酸壓、多級注入酸壓（前置液+酸壓+前置液+酸壓等）等技術(shù)；裂縫型儲集層加砂改造包括“纖維+陶?！迸c“不同粒徑暫堵球+纖維”軟分層、“線性膠+凍膠”組合的復合加砂壓裂、“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)，該工藝主要應用于超深層碳酸鹽巖儲集層改造中，包括遇油膨脹式裸眼封隔器、機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200 ℃，耐壓差大于70 MPa[36-37]。在塔里木油田、西南油氣田等應用近 200口井，為解決碳酸鹽巖縫洞發(fā)育不連片、儲量動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，累計注酸1 358.7 m3，酸壓后測試產(chǎn)量103.3×104m3/d。

1.3.5 超深層油氣儲集層改造監(jiān)測評估技術(shù)

微地震監(jiān)測、微變形測斜儀監(jiān)測及各種生產(chǎn)測井等儲集層改造監(jiān)測技術(shù)隨著非常規(guī)儲集層改造技術(shù)的進步得到快速發(fā)展，分布式光纖監(jiān)測、液體示蹤、支撐劑示蹤等多種新型壓裂裂縫監(jiān)測技術(shù)得到了試驗應用[38]。受改造工況條件限制，國內(nèi)目前已進行的超深油氣儲集層改造監(jiān)測評估探索主要有超深層井下微地震監(jiān)測、示蹤劑測試及產(chǎn)液剖面測試等[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，實施了微地震監(jiān)測（HFM）評估（見圖3），該井垂深6 761 m，為目前井下微地震監(jiān)測實施的最深井，評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估則采用示蹤劑及產(chǎn)氣剖面測試技術(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)了井下測試數(shù)據(jù)無線實時傳輸系統(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）改造過程中進行了應用試驗，均獲得了有效數(shù)據(jù)信號，最大應用井深近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)測評估

1.4 超深油氣儲集層改造技術(shù)應用成效

近年來，國內(nèi)平均年鉆6 000 m以上超深井246口，隨著超深層油氣儲集層品位越來越差，高效的超深油氣儲集層改造技術(shù)對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、井數(shù)較少，重點探井單井試油效果對整個區(qū)塊的地質(zhì)認識及后期產(chǎn)能部署影響較大。如西南油氣田磨溪8井，于2012年對該井不同層位采取了前置液酸壓、多級注入酸壓及酸化解堵改造措施，龍王廟組測試產(chǎn)量達107×104m3/d，區(qū)塊探明儲量達4 403×108m3，獲得重大勘探突破；②有力推進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220×108m3。

表2 中國超深層儲集層改造技術(shù)指標及代表井

2 技術(shù)發(fā)展方向

2.1 面臨的技術(shù)難點

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

①地質(zhì)工程一體化技術(shù)研究及應用難度更大。儲集層改造領(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，儲集層改造從業(yè)者必須從改造實施的角度對鉆完井、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，一體化工作要求對其他學科做到融會貫通。因此，對于超深層，基于地質(zhì)工程一體化思路實施儲集層改造難度越來越大。

②對入井材料要求更高。壓裂液要求耐溫200 ℃以上，同時必須耐剪切、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，降低砂堵風險；對酸液體系耐溫要求更高，緩蝕劑200 ℃以下腐蝕速率應小于60 g/（m2·h）。

③進一步提高超深巨厚儲集層縱向剖面動用程度難度大。目前超深層封隔器最多實現(xiàn) 3層分層改造；井口壓力達90 MPa以上的氣井，射孔、鉆磨、連續(xù)油管帶壓作業(yè)井控風險高，無法實現(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，限流增壓有限（小于3 MPa），無法實現(xiàn)多簇分層改造。

④對入井工具及地面配套高壓設(shè)備要求更高。超深儲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，實施高效的改造工藝。施工排量是保障，低排量很難保障儲集層達到預期改造效果，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)備長時間施工性能穩(wěn)定、經(jīng)濟可行。

⑤超深、高溫、高壓井實現(xiàn)高效改造難度大。目前超深油氣儲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到最佳，如何進一步降低施工壓力、提高排量是實現(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，難以形成復雜縫網(wǎng)，亟待升級攻關(guān)水平井高效改造與配套技術(shù)。

⑥儲集層改造直接監(jiān)測及準確后評估難度更大。超深油氣儲集層改造直接監(jiān)測技術(shù)未成熟應用，6 000 m以深井微地震信號識別困難；各種直接物理檢測設(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~向更深儲集層，各類直接監(jiān)測技術(shù)的局限性更加明顯。

2.2 主要技術(shù)發(fā)展方向

預測2030年中國石油天然氣股份有限公司天然氣年產(chǎn)量達1 600×108m3，深層—超深層占比將達40%以上。儲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)合未來超深油氣儲集層改造技術(shù)需求，總結(jié)梳理國內(nèi)外超深層儲集層改造發(fā)展歷程、技術(shù)差距、技術(shù)需求及改造難點，認為中國超深層油氣儲集層改造技術(shù)發(fā)展應借鑒非常規(guī)油氣儲集層改造成功經(jīng)驗，工作重點應集中在以下幾個方面。

①系統(tǒng)構(gòu)建基礎(chǔ)研究方法與評價實驗新技術(shù)。針對超深、高溫、高壓儲集層特征，開展高溫、高壓下的巖石力學特征、地應力場分布規(guī)律、裂縫擴展機理及表征技術(shù)研究，加強高閉合應力下裂縫網(wǎng)絡(luò)與導流能力的匹配、支撐劑輸送及沉降規(guī)律等方面的機理研究，深化超深層復雜地質(zhì)和極端工況條件下的裂縫起裂、延伸機理研究，探索超深層儲集層改造的新理論、新方法、新材料。

②加強地質(zhì)認識，完善地質(zhì)工程一體化工作運行機制。更加深入理解地質(zhì)工程一體化工作內(nèi)涵，提升復雜勘探對象改造效果，構(gòu)建4個“一體化”平臺：“一體化”評價平臺，主要充分利用地質(zhì)、甜點、地應力、完井品質(zhì)等評價技術(shù)評估儲集層品位；“一體化”設(shè)計平臺，主要將地質(zhì)模型、油藏模型、裂縫模型、經(jīng)濟模型等融為一體；“一體化”共享平臺，主要實現(xiàn)實驗結(jié)果共享、優(yōu)化方案共享、施工設(shè)計共享；“一體化”分析平臺，主要實現(xiàn)壓后跟蹤、措施評判、效果評價、模型修正，將多學科高度融合，不斷提高超深層油氣儲集層改造設(shè)計的針對性。

③研發(fā)針對性更強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)模應用的基本要求；酸液：重點研發(fā)高溫酸液緩蝕劑，形成超深、高溫儲集層改造用酸液體系，同時研發(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、高強度陶粒型支撐劑是超深油氣儲集層改造支撐劑的發(fā)展方向，同時開展在超深油氣儲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：投球暫堵實現(xiàn)多級分層改造是超深巨厚儲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)濟可行。

④攻關(guān)超深巨厚儲集層精細分層改造工藝技術(shù)。實現(xiàn)精細分層是超深巨厚儲集層改造工藝的研究重點，對縱向天然裂縫較發(fā)育的儲集層，實現(xiàn)通過縱向局部改造溝通全部厚層。隨著儲集層深度增加，天然裂縫發(fā)育變差，超深井生產(chǎn)測井及頁巖油氣改造后縫高動態(tài)監(jiān)測、支撐劑示蹤劑監(jiān)測證實，凍膠攜砂及大排量低黏攜砂形成的有效支撐縫高均遠低于預期。因此，必須加強暫堵多級軟分層工藝技術(shù)研究，借助分層工具實施精細分層施工，有效擴大縫網(wǎng)體積，提高工藝的有效性與經(jīng)濟性。

⑤探索超深層水平井縫控改造技術(shù)?！翱p控儲量”改造技術(shù)，是將人工裂縫的長度、間距、縫高等參數(shù)，充分與儲集層的物性、應力、井控儲量相結(jié)合并進行優(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，應強化水平井改造工藝技術(shù)的研究，實現(xiàn)低排量下的縫控改造。超深水平井縫控重點在于單井人工裂縫對儲集層控制最大化及合理化，優(yōu)化超深井縫控改造技術(shù)，實現(xiàn)投入產(chǎn)出比最優(yōu)。

⑥研發(fā)適用于超深油氣儲集層改造的水力裂縫直接監(jiān)測技術(shù)。強化用于人工裂縫直接監(jiān)測的工具材料研究，加強超深層裂縫監(jiān)測評估方法研究，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)測儀器遠程信號識別及解讀水平。耐高溫、高壓的溫度壓力監(jiān)測計是目前超深層常用的監(jiān)測壓裂過程中井底數(shù)據(jù)變化的儀器，錄取的壓力、溫度等數(shù)據(jù)較為可靠，加強對該類數(shù)據(jù)的分析研究，是目前較為經(jīng)濟可行的方法。

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)強化井下分層工具的研發(fā)，保障超深井按照儲集層改造需求進行施工，工具能適應 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

超深層油氣儲集層改造技術(shù)在超深層勘探突破、增儲上產(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)超深層油氣儲集層改造技術(shù)基本滿足不同歷史時期超深層油氣儲集層改造的生產(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集層改造的基礎(chǔ)理論、運行機制、材料設(shè)備、工具裝備等方面的技術(shù)攻關(guān)，對支撐中國超深層油氣增儲上產(chǎn)，實現(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)研究院研究團隊的集體成果，高瑩、韓秀玲、王遼等參與了該項工作，同時中國石油天然氣股份有限公司的管理層給予了指導，塔里木油田、西南油氣田等在相關(guān)技術(shù)試驗中給予了大力支持，在此一并表示感謝。