非常規(guī)油氣藏新一代體積壓裂技術(shù)的幾個關(guān)鍵問題探討

蔣廷學

（1.頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室,北京 102206；2.中國石化頁巖油氣鉆完井及壓裂重點實驗室,北京 102206；3.中石化石油工程技術(shù)研究院有限公司,北京 102206）

非常規(guī)油氣藏是一種“人工油氣藏”[1]，主要靠水平井及體積壓裂技術(shù)實現(xiàn)有效勘探開發(fā)[2–3]。目前，在地質(zhì)–工程一體化設(shè)計[4–7]、實施與后評估的基礎(chǔ)上[8–12]，體積壓裂技術(shù)已由1.0 版向2.0 版轉(zhuǎn)變[13]，主要表現(xiàn)為從早期追求的復雜裂縫、由多個復雜裂縫組成的縫網(wǎng)，向差異化全域溝通非均勻甜點分布區(qū)的平面縫網(wǎng)轉(zhuǎn)變，其技術(shù)關(guān)鍵為“密切割[14–18]、強加砂[19–21]和暫堵轉(zhuǎn)向[22–29]”。隨著密切割程度、加砂強度、暫堵級數(shù)及工藝參數(shù)的不斷強化，雖然油氣井壓裂效果得到提升，但壓裂作業(yè)綜合成本居高不下，且壓后效果及單井預計最終采收率（estimated ultimate recovery，EUR）并沒有達到預期目標。因此，為滿足非常規(guī)油氣藏高效開發(fā)的需求，開展了新一代體積壓裂技術(shù)（立體縫網(wǎng)壓裂技術(shù)）的研究與試驗，壓裂工藝由早期的“密切割、強加砂、單級暫堵、近井筒穿層”模式，逐漸發(fā)展到“適度密切割、多尺度裂縫強加砂、多級雙暫堵和全程穿層”模式，配套滑溜水壓裂液的性能也由早期的中等降阻率和中等攜砂能力，發(fā)展到一體化、變黏度、高降阻率和強攜砂能力[30–31]。目前，立體縫網(wǎng)壓裂技術(shù)現(xiàn)場應用已獲得成功，壓裂后的測試產(chǎn)量及單井EUR 等都有較大幅度的提高，但是，對于立體縫網(wǎng)評價、壓裂模式及參數(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵問題，仍然存在認識不清的問題。為此，對立體縫網(wǎng)的表征、壓裂模式及參數(shù)界限確定、一體化變黏度多功能壓裂液的研制及石英砂替代陶粒的經(jīng)濟性分析等關(guān)鍵問題進行了探討，以進一步完善立體縫網(wǎng)壓裂技術(shù)體系，更好地滿足非常規(guī)油氣藏經(jīng)濟高效開發(fā)的需求。

1 立體縫網(wǎng)指數(shù)的概念及計算模型

立體縫網(wǎng)是相對于常規(guī)平面縫網(wǎng)而言的，是指由不同尺度且縱橫交互的水力裂縫所構(gòu)成的三維裂縫網(wǎng)絡(luò)。在壓后一定時間內(nèi)，理想狀況下，立體縫網(wǎng)的滲流波及體積既可以確保單井控制體積內(nèi)不存在流動死區(qū)，又可以避免相鄰裂縫間的滲流干擾（即不存在過度改造問題），但準確表征立體縫網(wǎng)滲流波及體積的難度很大。為此，提出了用立體縫網(wǎng)指數(shù)（立體縫網(wǎng)的滲流波及體積與單井控制體積的比值）來表征水力壓裂形成的“人工油氣藏”破碎程度的方法。顯然，立體縫網(wǎng)指數(shù)介于0 和1 之間，其值越大，表示儲層改造的效果越好，當其值為1 時，表示儲層改造后形成了理想狀況下的完美縫網(wǎng)；當其值為0 時，表示儲層處于未經(jīng)壓裂改造的原始狀態(tài)。

實際上，立體縫網(wǎng)指數(shù)的概念借鑒了常規(guī)的裂縫復雜性指數(shù)[32]。裂縫復雜性指數(shù)是地面微地震監(jiān)測的裂縫帶寬與帶長的比值，主要用于直井單層壓裂的裂縫表征，只存在主裂縫與轉(zhuǎn)向支裂縫2 種裂縫尺度的情況。由于水平井分段分簇壓裂后會同時存在主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫及三級微裂縫，常規(guī)裂縫復雜性指數(shù)無法準確表征其裂縫的復雜性，為此，采用“五因子”參數(shù)對其進行了修正，計算模型為：

式中：F′CI為主裂縫與轉(zhuǎn)向支裂縫或轉(zhuǎn)向支裂縫與三級微裂縫間的裂縫復雜性指數(shù)；Il為縫長因子；l，L分別為某種尺度裂縫的縫長和和預期的理想縫長，m；Iw為縫寬因子；w(x)為動態(tài)縫寬隨縫長變化的函數(shù)，m；W為平均動態(tài)縫寬，m；Ih為縫高因子；h(x)為動態(tài)縫高隨縫長變化的函數(shù)，m；H為平均動態(tài)縫高，m；Ifi為誘導應力干擾因子；?σ′為誘導應力作用后最大水平主應力與最小水平主應力的差，MPa；?σHh為原始最大水平主應力與最小水平主應力的差，MPa；T為目標井層的巖石抗拉強度，MPa；Ie為多簇裂縫均衡擴展因子；n為某段射孔簇數(shù)；li為某簇裂縫造縫半長，m；D為某段多簇裂縫平均造縫半長，m。

當考慮主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫及三級微裂縫時，立體縫網(wǎng)指數(shù)的計算模型為：

式中：FCI為立體縫網(wǎng)指數(shù)；w1，w2分別為主裂縫與轉(zhuǎn)向支裂縫形成的復雜裂縫及轉(zhuǎn)向支裂縫與三級微裂縫形成的復雜裂縫的權(quán)重，一般采用專家評判法或灰色關(guān)聯(lián)度法進行求取。

采用2 口井的數(shù)據(jù)計算了裂縫復雜性指數(shù)和立體縫網(wǎng)指數(shù)，其數(shù)據(jù)與結(jié)果見表1。由表1 可知，立體縫網(wǎng)指數(shù)與壓后無阻流量的正相關(guān)性更強，因此，在進行立體縫網(wǎng)壓裂設(shè)計時，只要追求立體縫網(wǎng)指數(shù)的最大化，即可獲得壓后單井EUR 的最大化。

表1 2 口井的立體縫網(wǎng)指數(shù)計算結(jié)果及其壓后無阻流量Table 1 Calculated three-dimensional fracture network indexes and post-frac open flow rate of two wells

2 “壓裂–滲吸–增能–驅(qū)油”協(xié)同提高采收率的機制

非常規(guī)油氣井一般需要進行一次性大規(guī)模體積壓裂才能投產(chǎn)，且后期采用衰竭式開發(fā)模式，這相當于將常規(guī)開發(fā)模式中壓裂–注水（氣）補充地層能量均勻貫穿于油氣井全生命周期的做法，轉(zhuǎn)換為集中于壓裂施工周期內(nèi)一次性作業(yè)來完成。換言之，將常規(guī)開發(fā)模式中后期的大量注入水，提前到壓裂施工作業(yè)周期內(nèi)完成。此時，體積壓裂改造的作用，不僅體現(xiàn)在壓裂施工周期內(nèi)對儲層巖石的水力造縫改造（改變壓后油氣滲流流動型式和流動阻力），也同時體現(xiàn)在更長周期內(nèi)對儲層巖石的水化滲吸改造（改善壓裂液滲吸波及范圍內(nèi)的基質(zhì)孔滲）。非常規(guī)油氣藏的巖石基質(zhì)喉道半徑極小，使壓裂開發(fā)全生命周期內(nèi)毛管力滲吸作用超強，這為“壓裂–滲吸–增能–驅(qū)油”協(xié)同提高采收率提供了可能。

需要指出的是，“壓裂–滲吸–增能–驅(qū)油”協(xié)同提高采收率的核心是滲吸帶來的擴孔增滲效應大于因黏土水化膨脹導致的孔滲降低效應。因此，可將裂縫壁面附近大量的壓裂液通過滲吸作用驅(qū)替到遠井儲層巖石基質(zhì)孔喉中，這樣既降低了水鎖傷害的可能性，又進一步增加了遠井儲層的整體孔隙壓力，如果再配合應用具有驅(qū)油功能的壓裂液，可達到協(xié)同提高采收率的效果。

考慮到目前的滲吸強度（即單位巖石體積內(nèi)的滲吸液量）存在臨界值，高于該臨界值后，滲吸的速度及壓裂液量等都會快速降低，同時會帶來裂縫壁面的水鎖效應和壓裂液返排周期的大幅度增長。因此，采用目標井的儲層巖心，綜合考慮滲吸全生命周期內(nèi)的壓力、溫度、天然裂縫發(fā)育情況、壓裂液類型及配方等影響因素，進行臨界滲吸強度優(yōu)化，對確定最佳的壓裂液用液強度，具有十分重要的理論價值和現(xiàn)實指導意義。

進一步來說，如果能通過室內(nèi)帶壓滲吸試驗結(jié)果建立相應的滲吸數(shù)學模型，并與考慮水力裂縫的油氣藏數(shù)值模型相耦合，可提高單井壓后產(chǎn)量與EUR 的預測精度、壓后返排參數(shù)優(yōu)化的科學性，也可為地質(zhì)–工程一體化壓裂優(yōu)化設(shè)計，帶來全新的視角和研究領(lǐng)域。

3 立體縫網(wǎng)壓裂模式及參數(shù)界限優(yōu)化

新一代體積壓裂技術(shù)以立體縫網(wǎng)指數(shù)最大化為目標函數(shù)，同時考慮經(jīng)濟性約束條件，壓裂工藝向“適度密切割、多尺度裂縫強加砂、多級高效雙暫堵、全程裂縫穿層”的模式轉(zhuǎn)變。

3.1 由一味密切割向適度密切割轉(zhuǎn)變

理論上講，簇間距越小，壓后產(chǎn)量及EUR 越高。目前，國內(nèi)油氣井壓裂的簇間距已由早期的15.0～25.0 m 逐漸減短至5.0～10.0 m 甚至更短。但隨著簇間距進一步縮短，相鄰裂縫間的流動干擾效應也進一步增大，則壓后產(chǎn)量的增加幅度也越來越平緩，影響了投入產(chǎn)出比。因此，對特定儲層而言，并非簇間距越短越好，而是存在一個臨界簇間距，使油氣井的壓裂投入產(chǎn)出比最低。此外，從誘導應力干擾角度而言，簇間距越短，相鄰裂縫間誘導應力的干擾效應越大，甚至可能會影響相應射孔簇裂縫的正常起裂與延伸。因此，在優(yōu)化簇間距時，應綜合考慮流動干擾效應與誘導應力干擾效應，以大于臨界簇間距為基礎(chǔ)，再結(jié)合經(jīng)濟性分析評價，最終確定目標井合理的簇間距，即進行“適度密切割”。

需要強調(diào)的是，“適度密切割”還應與天然裂縫的發(fā)育程度相匹配，特別是在天然裂縫與人工主裂縫存在一定夾角的情況下。顯然，天然裂縫越發(fā)育，簇間距應越長，否則，可能發(fā)生儲層過度改造的問題。

3.2 由一味強加砂向多尺度裂縫強加砂轉(zhuǎn)變

目前，提高加砂強度也是壓裂技術(shù)的一個發(fā)展趨勢，已由早期的1.0～2.0 t/m 逐漸提至3.0～4.0 t/m甚至更高。國內(nèi)外大量統(tǒng)計資料也證實，提高加砂強度確實有利于延長壓裂穩(wěn)產(chǎn)期、提高EUR。但油氣藏模擬研究表明，裂縫導流能力（與加砂強度呈現(xiàn)出很好的對應關(guān)系）提高到某個臨界值后，壓后產(chǎn)量的增加幅度就會大幅度減緩。因此，對特定的目標井層而言，應存在臨界加砂強度，在提高壓后產(chǎn)量的同時使投入產(chǎn)出比最低。

為提高加砂強度，目前國內(nèi)外主要采用了長段塞加砂或連續(xù)加砂方式，這對國外構(gòu)造平緩、水平應力差相對較小的儲層是合適的，因為主裂縫與轉(zhuǎn)向支裂縫的動態(tài)縫寬非常接近，長段塞或連續(xù)加砂模式可以同時實現(xiàn)不同尺度裂縫的強加砂效果。但對于國內(nèi)以構(gòu)造擠壓為主、兩向水平應力差相對較大的儲層而言，因為主裂縫與轉(zhuǎn)向支裂縫的動態(tài)縫寬的差異性較大，導致絕大部分支撐劑都滯留堆積于人工主裂縫，而進入轉(zhuǎn)向支裂縫的支撐劑較少。另外，由于絕大部分支撐劑都堆積滯留于人工主裂縫中，加上低黏度滑溜水的應用比例普遍大于70%，甚至大于90%，導致主裂縫中可能出現(xiàn)不同粒徑支撐劑混雜分布的情況，這對裂縫導流能力的負面影響相當大，甚至會低于充填單一小粒徑支撐劑時的裂縫導流能力。

綜上所述，長段塞加砂或連續(xù)加砂方式雖然有利于大幅度提高加砂強度，但并未實現(xiàn)多尺度裂縫的強加砂效果，不但轉(zhuǎn)向支裂縫沒有獲得足夠的支撐劑支撐，人工主裂縫卻因強加砂而使導流能力有較大幅度的降低。正因為一味強加砂，導致支撐劑的進縫阻力增大，最終使支撐劑的運移距離縮短。目前的各種資料也證實，壓后裂縫支撐縫長很少能超過60 m 的，因此出現(xiàn)了與預期背道而馳的后果。為此，可以采取早期短段塞加砂與中后期長段塞或連續(xù)加砂相結(jié)合的加砂模式，同時，提高縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向效果，以確保全部或絕大部分的小粒徑支撐劑能進入轉(zhuǎn)向支裂縫或三級微裂縫中。

對于臨界加砂強度的確定，可以在建立不同尺度水力裂縫油氣藏模型的基礎(chǔ)上，先假設(shè)其他參數(shù)不變，只改變加砂強度（對應不同的裂縫導流能力），并以壓后有效周期內(nèi)的累積油氣當量或經(jīng)濟凈現(xiàn)值等為目標函數(shù)，分別優(yōu)化主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫及三級微裂縫的臨界加砂強度。

3.3 由一般雙暫堵向多級高效雙暫堵轉(zhuǎn)變

常規(guī)雙暫堵包括投入簇間暫堵球以壓開新的射孔簇裂縫及注入縫內(nèi)暫堵劑以壓開新的轉(zhuǎn)向支裂縫，主要存在以下問題：1）暫堵效率低。由于暫堵材料的密度大（一般1.30～1.70 g/cm3），導致暫堵球的坐封效率低以及暫堵劑的部分暫堵效應普遍（因暫堵劑沉降只封堵了裂縫中底部），導致暫堵后壓力升幅普遍有限（如小于1 MPa），且暫堵后雖有壓力短暫升高現(xiàn)象，但因后續(xù)壓裂液持續(xù)注入（會沖散暫堵劑），施工壓力很快就恢復到暫堵前的水平。2）缺乏暫堵有效性的判識標準。無論是暫堵球還是暫堵劑，要產(chǎn)生新裂縫，臨界壓力升幅標準是多少，目前仍然缺乏一個明確的判識準則，因此，導致暫堵參數(shù)的調(diào)整缺乏必要的依據(jù)。3）缺乏縫內(nèi)暫堵作業(yè)的定點暫堵設(shè)計與控制方法?？p內(nèi)暫堵位置不同，即使暫堵壓力升幅一樣，實際產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向支裂縫的數(shù)量及延伸程度等也是截然不同的。但是，目前人們更多關(guān)注于縫內(nèi)暫堵后壓力升幅的高低，對縫內(nèi)暫堵的位置及定點暫堵的設(shè)計與控制方法的關(guān)注相對較少。4）缺乏多級雙暫堵的差異化參數(shù)設(shè)計方法。對于多次投注暫堵球和暫堵劑而言，每次暫堵面臨的活躍射孔數(shù)量、活躍裂縫數(shù)量以及誘導應力條件都完全不同，特別是投暫堵球時，如何實現(xiàn)不同射孔簇裂縫的分級起裂與延伸至關(guān)重要，但這些問題目前基本上沒有解決，尤其是當雙暫堵效果不佳時，而加砂程序設(shè)計又是按壓開新裂縫設(shè)計的，就會導致后續(xù)泵注的前置液及低砂液比小粒徑支撐劑，再次在已壓開的老裂縫中進行二次運移分配，最終導致裂縫導流能力受損嚴重。

針對常規(guī)雙暫堵存在的上述問題，可以采用以低密度（0.95～1.05 g/cm3）、高強度（暫堵球70 MPa、暫堵劑40 MPa）PGA 暫堵材料為核心的高效雙暫堵技術(shù)，在大幅度提高暫堵效率的同時，大大增加暫堵后裂縫的復雜性及改造體積。同時，采取變參數(shù)射孔、極限限流與反限流組合、非均勻布酸及誘導應力疊加效應等技術(shù)措施，實現(xiàn)暫堵壓裂時的裂縫分級起裂與分級延伸。另外，確定了高效雙暫堵有效性的判識標準：暫堵后有更高的破裂壓力特征顯示，且在其他注入?yún)?shù)不變的前提下，延伸壓力整體性提高1.0～2.0 MPa。形成了定點暫堵優(yōu)化設(shè)計與控制方法：將暫堵劑視作支撐劑，模擬預期暫堵處的暫堵劑覆蓋形態(tài)及鋪砂濃度，如果計算出的支撐縫寬與該處的動態(tài)縫寬相等或接近，則說明實現(xiàn)了定點暫堵；也可通過觀察模擬井口壓力曲線形態(tài)，實現(xiàn)暫堵后會有不同的壓力增長速度，一般而言，壓力增長速度為1 MPa/min 時，表明裂縫端部實現(xiàn)了暫堵，該值越大，說明暫堵的位置越靠近井筒。

對于高效雙暫堵工藝參數(shù)界限值的確定，包括暫堵材料的密度、暫堵方式（即暫堵球和暫堵劑的不同組合方式）、每級暫堵的支撐劑濃度和粒徑等，可基于成熟的裂縫擴展模擬軟件或FLUENT 軟件，以暫堵效率100%為目標進行模擬優(yōu)化。所謂暫堵效率，對暫堵球而言，指的是被封堵孔眼數(shù)量與暫堵球數(shù)量的比值；對暫堵劑而言，指的是暫堵劑在縫內(nèi)某個裂縫截面處堆積的面積與該處裂縫截面面積的比值。

3.4 由近井筒裂縫穿層向裂縫擴展過程中的全程裂縫穿層轉(zhuǎn)變

對多巖性夾層的湖相頁巖油氣藏和垂向應力差（上覆地層應力與最小水平主應力的差值）相對較小的深層頁巖氣藏而言，水力裂縫在縱向上擴展（所謂的“縱向穿層”）的難度較大。以往一般是采用逆壓裂模式，即先采用中高排量注入高黏度壓裂液，以快速形成足夠大的井底壓力，確保近井筒的“縱向穿層”效果。但隨著水力裂縫的繼續(xù)擴展，因巖石水平方向的斷裂韌性相對較小，水力裂縫向縫長方向的擴展速度更快，壓裂液能量衰竭也更快，導致水力裂縫的垂向剖面大多呈現(xiàn)楔形，越靠近裂縫端部，縫高越小，即“縱向穿層”效果隨縫長增大逐漸變差，等到達裂縫端部時，縫高可能已不足1.0 m。因此，如何實現(xiàn)沿縫長方向的全程“縱向穿層”效果，是大幅度提高裂縫改造體積及單井EUR 的關(guān)鍵。為此，除了采取高黏壓裂液前置的技術(shù)措施外，還可以采取高黏壓裂液中頂、縫內(nèi)多級定點暫堵（暫堵處優(yōu)先憋壓和提高縫內(nèi)凈壓力）等措施，以促進裂縫中遠端處的凈壓力提高，進而達到提高全程“縱向穿層”的目的。

對于全程“縱向穿層”工藝參數(shù)界限的確定，可基于前置高黏壓裂液、中頂高黏壓裂液及縫內(nèi)多級定點暫堵的壓裂模式，在不同注入體積、排量和工藝參數(shù)的條件下，進行裂縫擴展模擬，并計算按裂縫長度加權(quán)平均的縫高與目的層頂?shù)缀穸缺戎?，以該比值最大化為目標，確定全程“縱向穿層”最優(yōu)的工藝參數(shù)。

4 地質(zhì)–工程動態(tài)一體化的概念及關(guān)鍵參數(shù)計算

地質(zhì)–工程一體化作為一種理念，目前已深深植根于壓裂設(shè)計、實施及后評估的各個環(huán)節(jié)，但更多是與靜態(tài)的、近井筒的地質(zhì)參數(shù)結(jié)合，而非常規(guī)油氣藏的非均質(zhì)性相當強，隨著裂縫動態(tài)擴展的持續(xù)進行，水力裂縫溝通的儲層參數(shù)必然也會發(fā)生一定程度的變化，且有時變化還相對較大。因此，必須將以往的地質(zhì)–工程一體化進一步升級為地質(zhì)–工程動態(tài)一體化，以實現(xiàn)壓裂全程對遠井儲層地質(zhì)參數(shù)的實時、動態(tài)精細描述，進而實時調(diào)整壓裂工藝參數(shù)，以實現(xiàn)裂縫參數(shù)與儲層參數(shù)的實時、動態(tài)全程最佳匹配，從而最大限度地挖掘儲層增儲上產(chǎn)潛力。

地質(zhì)–工程動態(tài)一體化的核心是基于壓裂施工數(shù)據(jù)及相關(guān)壓力曲線，建立儲層關(guān)鍵參數(shù)的反演模型及算法，包括基于破裂壓力曲線形態(tài)計算儲層有效滲透率及各段的脆性指數(shù)、基于井底壓力施工曲線波動幅度及頻率定量描述天然裂縫的位置及發(fā)育程度、基于壓后壓力降落曲線定量計算儲層的綜合濾失系數(shù)、基于多次瞬時停泵壓力測試反演兩向水平主應力差等。

需要指出的是，在應用停泵壓力降落曲線分析儲層的綜合濾失系數(shù)時，必須將停泵后裂縫繼續(xù)延伸的距離及時間等因素剔除掉，尤其在脆性礦物含量相對較高（例如大于60%）的情況下更是如此，這樣才能真實地反映儲層的綜合濾失情況，否則會導致參數(shù)反演結(jié)果不準確，進而影響工藝參數(shù)的調(diào)整。

5 一體化變黏度多功能壓裂液的研制

常規(guī)壓裂液體系的黏度單一，只能滿足單一尺度裂縫的造縫需求，現(xiàn)場施工時如果要改變壓裂液黏度，需要調(diào)整壓裂液配方，而現(xiàn)場實驗條件有限，無法實現(xiàn)壓裂液配方的快速優(yōu)化。因此，研制一體化變黏度多功能壓裂液體系勢在必行，以滿足非常規(guī)油氣藏多尺度裂縫的造縫需求。

壓裂液承擔著造縫、滲吸擴孔增滲（注入輔助滲吸劑，滲吸效果更佳）、注水增能及驅(qū)油（主要針對致密油或頁巖油）等多方面的功能。其中，一體化變黏度壓裂液的設(shè)計理念既體現(xiàn)了施工簡潔、高效的要求，又滿足了不同尺度裂縫的水力造縫需求，即高黏壓裂液以滿足主裂縫的造縫需求為主，低黏度壓裂液以滿足轉(zhuǎn)向支裂縫及三級微裂縫的造縫需求為主。顯然，所采用壓裂液的黏度與排量不同，必然會產(chǎn)生不同尺度的裂縫，進而也會影響壓裂液滲吸的范圍與效果、壓裂液增能的范圍及大小。對于致密油或頁巖油而言，如果在某個壓裂液注入階段同時注入一定濃度的驅(qū)油劑，則會在一定程度上降低壓后返排和生過程中的生產(chǎn)壓差，并提高采收率。

在研制一體化變黏度壓裂液時，可以對增稠劑進行分子結(jié)構(gòu)改性，添加相應的功能性單體，將降阻–攜砂–助排等功能集于一體。同時，采用不交聯(lián)、弱交聯(lián)及強交聯(lián)等方式或通過在線混配的方式，實時調(diào)整增稠劑的濃度（要求30～60 s 內(nèi)速溶），從而滿足現(xiàn)場壓裂作業(yè)時壓裂液變黏度的需求。

6 石英砂替代陶粒作為支撐劑的經(jīng)濟性評價問題

在體積壓裂作業(yè)中，采用石英砂替代陶粒作為支撐劑，國內(nèi)外已開展了大量的理論研究與現(xiàn)場試驗[33–34]，其主要依據(jù)是隨著壓裂技術(shù)向密切割和少段多簇的方向發(fā)展，對裂縫導流能力的需求出現(xiàn)一定程度的下降，加之加砂強度不斷增大，因石英砂壓碎所損失的鋪砂濃度，在很大程度上又被強加砂所彌補。因此，石英砂替代陶粒在技術(shù)上是可行的已基本成為共識。但需注意的是，目前國外油氣井壓裂的石英砂應用比例已在95% 以上，即使埋深5000 m 左右的深層壓裂，也幾乎全部以石英砂作為支撐劑。由于國外儲層的兩向水平主應力差相對較小，高濃度石英砂的作用除了支撐水力裂縫外，還可以起到類似縫內(nèi)暫堵劑的作用，且壓碎的石英砂顆粒更有利于提升暫堵效果。國內(nèi)同等埋深下儲層的兩向水平主應力差更大，因此，石英砂很難起到類似裂縫轉(zhuǎn)向劑的作用。

此外，以往一般傾向于用小粒徑石英砂替代小粒徑陶粒的做法也有待商榷。因為小粒徑石英砂主要在轉(zhuǎn)向支裂縫或三級微裂縫中運移和鋪置，一般分布在主裂縫的側(cè)翼方向，因此裂縫的閉合應力相對更大，加上石英砂的鋪砂濃度也相對更小，充填小粒徑石英砂的轉(zhuǎn)向支裂縫及三級微裂縫會快速閉合，導致壓后產(chǎn)量遞減加快，單井EUR 較低。

綜上所述，需要對石英砂替代陶粒的經(jīng)濟性進行分析評價，或者以壓后一定時間內(nèi)的經(jīng)濟凈現(xiàn)值或投入產(chǎn)出比等指標為目標，優(yōu)選不同尺度裂縫內(nèi)石英砂替代陶粒的比例。

7 “設(shè)計–實施–后評估”循環(huán)迭代升級的閉環(huán)體系構(gòu)建

“設(shè)計–實施–后評估”貫穿于一口井的壓裂全生命周期，核心是利用壓裂施工數(shù)據(jù)及壓力曲線等資料，建立儲層相關(guān)地質(zhì)參數(shù)的反演模型和算法，從而獲取水力裂縫起裂與延伸過程中的儲層關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)及其變化，為壓裂工藝參數(shù)的實時調(diào)整提供依據(jù)，以實現(xiàn)壓裂全過程的裂縫形態(tài)、幾何尺寸與儲層地質(zhì)參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化；接著通過壓后評估，提出壓裂工藝的改進方向和實現(xiàn)途徑。通過一個區(qū)塊多口井的循環(huán)往復，實現(xiàn)壓裂技術(shù)的迭代升級，建立壓裂工藝參數(shù)及效果評價的學習型曲線，實現(xiàn)不斷完善壓裂工藝水平并最大限度地挖掘儲層增儲上產(chǎn)潛力的目標。顯然，從該區(qū)塊第一口壓裂井算起，每口井壓裂作業(yè)的成敗得失都是寶貴的資源，可為后續(xù)井壓裂提供借鑒和學習的素材，如果壓裂井的相關(guān)數(shù)據(jù)足夠多，可以通過大數(shù)據(jù)及深度學習算法等手段，大幅提高壓裂作業(yè)的智能化水平，進而達到事半功倍的效果[35]。

需要指出的是，“設(shè)計–實施–后評估”循環(huán)迭代升級的閉環(huán)體系構(gòu)建，除了流程固化外，還必須建立相應的軟件平臺，將壓裂設(shè)計模塊、關(guān)鍵儲層地質(zhì)參數(shù)反演模塊及壓后效果評估模塊等有機地耦合起來，包括底層數(shù)據(jù)庫的建立及深度學習模型的建立等，從而實現(xiàn)壓裂施工全生命周期的流程化、模塊化和智能化。

8 結(jié)論及建議

1）新一代體積壓裂技術(shù)的目標是真正徹底打碎油氣藏，且既不過度改造儲層又不留下流動死區(qū)，尤其是轉(zhuǎn)向支裂縫及三級微裂縫的縫高擴展程度都要與主裂縫接近，且主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫和三級微裂縫間的相互連通性要相對較好，其核心工藝模式為“適度密切割、多尺度裂縫強加砂、多級高效雙暫堵、全程裂縫穿層”。

2）多尺度立體縫網(wǎng)的診斷是目前尚待攻克的技術(shù)難題，尤其是各簇裂縫的非均衡延伸情況及轉(zhuǎn)向支裂縫的擴展動態(tài)情況，它關(guān)系到支撐劑的加入時機及多尺度裂縫的分級支撐問題，需進行廣域電磁法裂縫監(jiān)測技術(shù)、基于水擊效應對多尺度水力裂縫幾何形態(tài)及復雜性的建模分析等研究。

3）建議開展多級逆向暫堵壓裂技術(shù)研究，并研制配套的速溶暫堵劑，將以往由遠及近的暫堵模式向由近及遠的暫堵模式轉(zhuǎn)變，同時將主裂縫的密切割轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向支裂縫的密切割，并研究提高轉(zhuǎn)向支裂縫與主裂縫的轉(zhuǎn)向角優(yōu)化與控制技術(shù)，真正將多段少簇密切割方式向少段少簇密切割方式轉(zhuǎn)變，進而最大程度地實現(xiàn)降本增效的目標。