馮　立,蔣國(guó)斌,于浩波，馮陶然

(1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院工程設(shè)計(jì)研究室，黑龍江大慶 163453;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

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致密油采油工程成本優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐

馮立1,蔣國(guó)斌1,于浩波1，馮陶然2

(1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院工程設(shè)計(jì)研究室，黑龍江大慶 163453;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083)

摘要：致密油具有儲(chǔ)層厚度薄、滲透率低、孔喉半徑小、含油飽和度低等特點(diǎn)，動(dòng)用難度較大，必須進(jìn)行大型壓裂改造等措施，由于投資較大，進(jìn)行成本控制是致密油勘探開發(fā)的難點(diǎn)。針對(duì)此問題，結(jié)合致密油采油工程投資構(gòu)成分析，加強(qiáng)油藏—工程一體化設(shè)計(jì)，在射孔、壓裂、舉升等幾個(gè)重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)技術(shù)上進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)優(yōu)化措施；通過“工廠化”施工提高施工效率，形成了水平井+體積壓裂的致密油采油工程技術(shù)系列，有效降低了致密油采油工程投資，已在大慶油田致密油開發(fā)中取得良好應(yīng)用效果。未來致密油應(yīng)從深入一體化技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵工具、材料低成本化及深化“工廠化”作業(yè)模式3方面進(jìn)行攻關(guān)，進(jìn)一步降低致密油投資，促進(jìn)致密油的勘探開發(fā)。

關(guān)鍵詞：致密油；采油工程；成本優(yōu)化；投資

致密油是指儲(chǔ)集在與生油巖互層或緊鄰的、覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1mD(空氣滲透率小于或等于1mD)的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)層中，未經(jīng)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移的石油[1]。中國(guó)致密油資源豐富，各含油盆地均有發(fā)育，主要分布在鄂爾多斯、松遼、四川、準(zhǔn)噶爾等盆地。其中松遼盆地致密油資源潛力為16.1×108t，是非?，F(xiàn)實(shí)的資源接替。但與國(guó)內(nèi)外典型致密油相比，松遼盆地致密油具有儲(chǔ)層厚度薄、滲透率低、孔喉半徑小、含油飽和度低等特點(diǎn)，動(dòng)用難度較大，必須進(jìn)行大型壓裂改造等措施，投資較大。隨著國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)低迷，控制成本、提高效益是致密油勘探開發(fā)面臨的重要挑戰(zhàn)之一[2-4]。本文根據(jù)致密油采油工程的程序，從部署設(shè)計(jì)到射孔壓裂，再到入井選材，逐項(xiàng)分析了控制致密油采油工程投資的措施，對(duì)促進(jìn)致密油勘探開發(fā)具有一定的借鑒意義。

1 控制致密油采油工程投資措施

致密油采油工程投資中儲(chǔ)層壓裂費(fèi)用約占總投資的35%，試油試采費(fèi)用約占總投資的15%。壓裂費(fèi)用中壓裂液、支撐劑費(fèi)用約占52%、壓裂施工費(fèi)用約占29%；試油試采費(fèi)用中壓裂井口、管匯等施工材料約占54%、施工作業(yè)及車輛等工序費(fèi)約占18%。分析投資構(gòu)成可見，壓裂和試油試采費(fèi)用是致密油采油工程投資的主要組成部分，因此通過油藏—工程一體化結(jié)合，圍繞效率、效益對(duì)射孔、壓裂、舉升等重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，可降低施工材料成本，提高施工效率，達(dá)到控制致密油采油工程投資的目的。

1.1 水平井部署逆向設(shè)計(jì)

常規(guī)水平井部署模式是先考慮烴源巖、儲(chǔ)層、含油性等地質(zhì)要素，最后到壓裂時(shí)才考慮儲(chǔ)層的可壓性、壓裂規(guī)模等細(xì)節(jié)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)所鉆水平井不適合壓裂或壓裂規(guī)模不適合的問題，造成投資浪費(fèi)。井控儲(chǔ)量、壓裂施工規(guī)模、累計(jì)產(chǎn)量和最終經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，壓裂規(guī)模小，裂縫波及體積小，有效動(dòng)用程度低，則無(wú)法保證初期高產(chǎn)和長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)；壓裂規(guī)模過大，產(chǎn)量增加不明顯，總體經(jīng)濟(jì)效益下降(圖1)。而逆向布井首先考慮儲(chǔ)層的壓裂特性，根據(jù)精細(xì)地質(zhì)研究成果，結(jié)合烴源巖特性、儲(chǔ)層巖性、物性、電性、含油性、脆性及各向異性的“七性”特征進(jìn)行儲(chǔ)層分類和甜點(diǎn)區(qū)塊、層段優(yōu)選[5-6]。然后考慮具體地質(zhì)因素，采取壓裂模式—改造工具—完井方式—鉆井方式—井身結(jié)構(gòu)—井型設(shè)計(jì)—布井的逆向設(shè)計(jì)方式。在寬度較大的河道砂體中以壓裂為主導(dǎo)進(jìn)行井距優(yōu)化，根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)縫長(zhǎng)，結(jié)合縫長(zhǎng)確定合理水平井間距；獨(dú)立斷塊、砂體中，結(jié)合斷塊形狀、砂體規(guī)模進(jìn)行壓裂規(guī)模設(shè)計(jì)，確保有效控制；縱向多層發(fā)育的儲(chǔ)層布井時(shí)考慮穿層壓裂工藝、立體動(dòng)用的布井方式，使致密油壓裂效果和效益得到最優(yōu)化。

1.2 體積壓裂方式優(yōu)選

廣義“體積壓裂”是指提高縱向動(dòng)用程度的分層壓裂技術(shù)，以及提高儲(chǔ)層滲流能力、增大儲(chǔ)層泄油面積的水平井分段改造技術(shù)；狹義的體積壓裂技術(shù)是指通過壓裂手段產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)裂縫的儲(chǔ)層改造技術(shù)[7]?；|(zhì)中的流體向單一裂縫的滲流中，如果基質(zhì)滲透率極低，則有效滲流的距離非常短，要實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)距離”滲流需要的驅(qū)動(dòng)力非常大，儲(chǔ)層的有效動(dòng)用受到極大限制[8]。

根據(jù)儲(chǔ)層脆性等特征，將單縫控制有效寬度計(jì)算結(jié)果繪制在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)上可以看出，隨著流度的降低，單縫控制寬度也隨之降低，儲(chǔ)層流度大于0.1mD /(mPa·s)時(shí)，單縫控制寬度較大，采用切割式體積改造方式，砂體寬度與高度優(yōu)化的裂縫間距相匹配能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層可控；儲(chǔ)層流度小于0.1mD /(mPa·s)時(shí)，單縫控制寬度較小，單縫控油面積急劇降低，裂縫波及范圍成為影響壓裂效果的主控因素，適合采用“縫網(wǎng)”壓裂，形成較大的裂縫體積網(wǎng)絡(luò)，最大限度溝通含油裂縫及孔隙(圖2)。

1.3 優(yōu)化縫間距

適合的縫間距不僅能保證壓裂效果，還可以有效控制壓裂投資。在儲(chǔ)層滲透率一定時(shí)，隨著縫間距的減小，單縫控制范圍逐漸增加，定義這一范圍為裂縫未干擾區(qū)；當(dāng)縫間距減小到某一值時(shí)，單縫控制范圍出現(xiàn)最大值；繼續(xù)減小縫間距，單縫控制范圍反而減小，定義這一區(qū)域?yàn)榱芽p干擾區(qū)(圖3)。采取“切割”體積壓裂方式需要通過縫間距優(yōu)化保證主縫正常延伸；而對(duì)于“縫網(wǎng)”壓裂，應(yīng)盡量利用應(yīng)力干擾，同時(shí)避免在近井筒附近出現(xiàn)轉(zhuǎn)向。應(yīng)通過優(yōu)化縫間距，使單縫控制范圍達(dá)到最大，避免壓裂規(guī)模過大，浪費(fèi)投資。

1.4 針對(duì)性降低材料成本

壓裂液、支撐劑及壓裂井口等材料占致密油采油工程總投資比例較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓裂液成本構(gòu)成中，稠化劑占60.7%，交聯(lián)劑占9.5%，其余為破膠劑、巖石穩(wěn)定劑及消泡劑等輔劑費(fèi)用。對(duì)于大規(guī)模體積壓裂來說，配液成本及液罐占地費(fèi)用同樣較高，通過優(yōu)化配方、選取無(wú)儲(chǔ)連續(xù)配液的壓裂液體系，減少現(xiàn)場(chǎng)占地等均可有效降低壓裂液成本。

圖4為不同閉合壓力下不同支撐劑組合短期導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，覆膜砂可降低支撐劑破碎率，提高導(dǎo)流能力，隨著覆膜砂所占比例增加，不同閉合壓力下的導(dǎo)流能力增大，但覆膜砂價(jià)格較高。若支撐劑組合使用，如閉合壓力為30MPa、裂縫導(dǎo)流能力需求為60mD·cm時(shí)，優(yōu)選10%覆膜砂+90%石英砂支撐劑組合，既可保證儲(chǔ)層導(dǎo)流能力，又不會(huì)造成覆膜砂浪費(fèi)，可顯著降低支撐劑成本。

1.5 優(yōu)選射孔槍彈

不同射孔槍彈組合的價(jià)格差異明顯，在滿足壓裂前提下，應(yīng)選用成本較低的射孔槍彈射孔。應(yīng)用射孔軟件，根據(jù)射孔槍彈混凝土靶結(jié)果對(duì)地層中的孔徑、孔深進(jìn)行預(yù)測(cè)(表1)，YD-89射孔槍+DP41 RDX-1射孔彈孔徑最大，YD-89射孔槍+ DP36RDX-1射孔彈孔深最深。為確保正常起裂，單孔排量在0.45m3/min以上，單孔摩阻應(yīng)大于10MPa，根據(jù)回歸的不同射孔孔徑下單孔排量與摩阻關(guān)系曲線，選用YD-89射孔槍+DP36RDX-1射孔彈或YD-89射孔槍+DP41RDX-1射孔彈進(jìn)行射孔。

1.6 舉升工藝優(yōu)化

建立不同舉升工藝經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及社會(huì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系(表2)，基于TOPSIS方法對(duì)不同舉升工藝進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，使優(yōu)選出的舉升工藝技術(shù)達(dá)到最佳的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。

表1　射孔槍彈地層孔深、孔徑預(yù)測(cè)結(jié)果表

表2　舉升工藝綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表

1.7 “工廠化”設(shè)計(jì)

“工廠化”鉆井是利用一系列先進(jìn)鉆完井技術(shù)、裝備、通信工具，系統(tǒng)優(yōu)化管理整個(gè)建井過程的多項(xiàng)因素，集中布置進(jìn)行批量鉆井、壓裂等作業(yè)的一種高效率作業(yè)方式[9-11]。致密油開發(fā)優(yōu)先考慮平臺(tái)布井，后期壓裂進(jìn)行“工廠化”施工，減少設(shè)備搬遷次數(shù)，提高設(shè)備利用率和施工效率。具體實(shí)施時(shí)可采取優(yōu)化作業(yè)工序模式；水源井、蓄水池共用；引進(jìn)專業(yè)化設(shè)備，建立信息化管理平臺(tái)等措施。

2 應(yīng)用效果

通過采取以上系列做法，大慶油田致密油井取得了較好的開發(fā)效果，平均單井液量為15642m3，單井加砂967m3，初期平均單井日產(chǎn)油20t以上，投資顯著下降，射孔試油投資小于350萬(wàn)元，體積壓裂投資控制在1000萬(wàn)元以下(表3)。

表3　大慶油田致密油施工成本降低成果表

3 建議

未來國(guó)內(nèi)致密油應(yīng)繼續(xù)從以下幾個(gè)方面深入開展工作，提高致密油開發(fā)效益。

3.1 深入推進(jìn)一體化技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

致密油方案設(shè)計(jì)中應(yīng)繼續(xù)深化地質(zhì)工程一體化設(shè)計(jì)思想，綜合考慮井網(wǎng)、井型、井距、水平段長(zhǎng)度、壓裂規(guī)模、段數(shù)等多因素進(jìn)行油藏、鉆井、壓裂整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)源頭上降低成本。

3.2 關(guān)鍵工具和材料低成本化

開展新型壓裂工藝試驗(yàn)，加快關(guān)鍵工具國(guó)產(chǎn)化，降低壓裂工具成本；優(yōu)化壓裂液配方，優(yōu)化添加劑種類數(shù)量，應(yīng)用新型壓裂，降低壓裂液費(fèi)用和環(huán)保壓力；優(yōu)化支撐劑類型，深入開展支撐劑復(fù)配，低密度支撐劑等試驗(yàn)研究，降低支撐劑費(fèi)用。

3.3 深化“工廠化”作業(yè)模式

美國(guó)致密砂巖氣、頁(yè)巖氣，英國(guó)北海油田、墨西哥灣和巴西深海油田開發(fā)都采用“工廠化”作業(yè)方式，采取同步壓裂或交叉壓裂[12-13]，包括連續(xù)泵注、連續(xù)供砂、連續(xù)配液、連續(xù)供水、工具下入及后勤保障系統(tǒng)等[14-15]。國(guó)內(nèi)應(yīng)學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，完善“工廠化”作業(yè)模式，充分利用“工廠化”提高效率，降低致密油開發(fā)成本。

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Design Method and Practice of Tight Oil Production Engineering Cost Optimization

Feng Li1, Jiang Guobin1, Yu Haobo1,Feng Taoran2

(1.Engineering Design Office, Research Institute of Production Engineering, Daqing Oilfield Company Limited, Daqing,Heilongjiang163453，China；2.EnergyResourcesofChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China)

Abstract:Tight oil is characterized by low reservoir thickness, low permeability, small pore throat radius, and low oil saturation, etc., which is hard to be produced. As a result, large-scale fracturing and other related measures are urgently needed. However, it needs higher investment, so cost control is a difficult in tight oil exploration and development. To solve this problem, combined with analysis on investment composition of tight oil production engineering, we economically optimized some key techniques like perforation, fracturing and lifting through strengthening oil reservoir and engineering integrative design. In addition, we enhanced efficiency by “industrialized” construction, and developed systematic tight oil production engineering technology of horizontal well+volume fracturing, effectively reducing investment on tight oil production engineering. The systematic technology has been applied well in tight oil development in Daqing Oilfield. In the future, we had to deepen economic and optimal design of integrative technology and carry on the work from the aspects of key tool and material low-cost optimization as well as deepening “industrialized” operation model, further reduce investment on tight oil, and thus promote tight oil exploration and development.

Key words:tight oil; production engineering; cost optimization; investment

第一作者簡(jiǎn)介：馮立(1965年生)，男，博士，高級(jí)工程師，目前從事采油工程方案、規(guī)劃等管理工作。郵箱：fengli01@petrochina.com.cn。

中圖分類號(hào)：TE322

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A