蔣廷學(xué)

（1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102206；2.中國石化頁巖油氣鉆完井及壓裂重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jì)[4–7]、實(shí)施與后評(píng)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(fù)雜裂縫、由多個(gè)復(fù)雜裂縫組成的縫網(wǎng)，向差異化全域溝通非均勻甜點(diǎn)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(qiáng)加砂[19–21]和暫堵轉(zhuǎn)向[22–29]”。隨著密切割程度、加砂強(qiáng)度、暫堵級(jí)數(shù)及工藝參數(shù)的不斷強(qiáng)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(yù)計(jì)最終采收率（estimated ultimate recovery，EUR）并沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。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(yàn)，壓裂工藝由早期的“密切割、強(qiáng)加砂、單級(jí)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(qiáng)加砂、多級(jí)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(qiáng)攜砂能力[30–31]。目前，立體縫網(wǎng)壓裂技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用已獲得成功，壓裂后的測(cè)試產(chǎn)量及單井EUR 等都有較大幅度的提高，但是，對(duì)于立體縫網(wǎng)評(píng)價(jià)、壓裂模式及參數(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵問題，仍然存在認(rèn)識(shí)不清的問題。為此，對(duì)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(jì)性分析等關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討，以進(jìn)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(jì)高效開發(fā)的需求。

1 立體縫網(wǎng)指數(shù)的概念及計(jì)算模型

立體縫網(wǎng)是相對(duì)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(shí)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(dòng)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(zhǔn)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(chǔ)層改造的效果越好，當(dāng)其值為1 時(shí)，表示儲(chǔ)層改造后形成了理想狀況下的完美縫網(wǎng)；當(dāng)其值為0 時(shí)，表示儲(chǔ)層處于未經(jīng)壓裂改造的原始狀態(tài)。

實(shí)際上，立體縫網(wǎng)指數(shù)的概念借鑒了常規(guī)的裂縫復(fù)雜性指數(shù)[32]。裂縫復(fù)雜性指數(shù)是地面微地震監(jiān)測(cè)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(huì)同時(shí)存在主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫及三級(jí)微裂縫，常規(guī)裂縫復(fù)雜性指數(shù)無法準(zhǔn)確表征其裂縫的復(fù)雜性，為此，采用“五因子”參數(shù)對(duì)其進(jìn)行了修正，計(jì)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(jí)微裂縫間的裂縫復(fù)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(yù)期的理想縫長，m；Iw為縫寬因子；w(x)為動(dòng)態(tài)縫寬隨縫長變化的函數(shù)，m；W為平均動(dòng)態(tài)縫寬，m；Ih為縫高因子；h(x)為動(dòng)態(tài)縫高隨縫長變化的函數(shù)，m；H為平均動(dòng)態(tài)縫高，m；Ifi為誘導(dǎo)應(yīng)力干擾因子；?σ′為誘導(dǎo)應(yīng)力作用后最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力的差，MPa；?σHh為原始最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力的差，MPa；T為目標(biāo)井層的巖石抗拉強(qiáng)度，MPa；Ie為多簇裂縫均衡擴(kuò)展因子；n為某段射孔簇?cái)?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(dāng)考慮主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫及三級(jí)微裂縫時(shí)，立體縫網(wǎng)指數(shù)的計(jì)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(fù)雜裂縫及轉(zhuǎn)向支裂縫與三級(jí)微裂縫形成的復(fù)雜裂縫的權(quán)重，一般采用專家評(píng)判法或灰色關(guān)聯(lián)度法進(jìn)行求取。

采用2 口井的數(shù)據(jù)計(jì)算了裂縫復(fù)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(qiáng)，因此，在進(jìn)行立體縫網(wǎng)壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)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(jī)制

非常規(guī)油氣井一般需要進(jìn)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(dāng)于將常規(guī)開發(fā)模式中壓裂–注水（氣）補(bǔ)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(shí)，體積壓裂改造的作用，不僅體現(xiàn)在壓裂施工周期內(nèi)對(duì)儲(chǔ)層巖石的水力造縫改造（改變壓后油氣滲流流動(dòng)型式和流動(dòng)阻力），也同時(shí)體現(xiàn)在更長周期內(nèi)對(duì)儲(chǔ)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(qiáng)，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(kuò)孔增滲效應(yīng)大于因黏土水化膨脹導(dǎo)致的孔滲降低效應(yīng)。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(yuǎn)井儲(chǔ)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(jìn)一步增加了遠(yuǎn)井儲(chǔ)層的整體孔隙壓力，如果再配合應(yīng)用具有驅(qū)油功能的壓裂液，可達(dá)到協(xié)同提高采收率的效果。

考慮到目前的滲吸強(qiáng)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(huì)快速降低，同時(shí)會(huì)帶來裂縫壁面的水鎖效應(yīng)和壓裂液返排周期的大幅度增長。因此，采用目標(biāo)井的儲(chǔ)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(jìn)行臨界滲吸強(qiáng)度優(yōu)化，對(duì)確定最佳的壓裂液用液強(qiáng)度，具有十分重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

進(jìn)一步來說，如果能通過室內(nèi)帶壓滲吸試驗(yàn)結(jié)果建立相應(yīng)的滲吸數(shù)學(xué)模型，并與考慮水力裂縫的油氣藏?cái)?shù)值模型相耦合，可提高單井壓后產(chǎn)量與EUR 的預(yù)測(cè)精度、壓后返排參數(shù)優(yōu)化的科學(xué)性，也可為地質(zhì)–工程一體化壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性約束條件，壓裂工藝向“適度密切割、多尺度裂縫強(qiáng)加砂、多級(jí)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(jìn)一步縮短，相鄰裂縫間的流動(dòng)干擾效應(yīng)也進(jìn)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(duì)特定儲(chǔ)層而言，并非簇間距越短越好，而是存在一個(gè)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(dǎo)應(yīng)力干擾角度而言，簇間距越短，相鄰裂縫間誘導(dǎo)應(yīng)力的干擾效應(yīng)越大，甚至可能會(huì)影響相應(yīng)射孔簇裂縫的正常起裂與延伸。因此，在優(yōu)化簇間距時(shí)，應(yīng)綜合考慮流動(dòng)干擾效應(yīng)與誘導(dǎo)應(yīng)力干擾效應(yīng)，以大于臨界簇間距為基礎(chǔ)，再結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析評(píng)價(jià)，最終確定目標(biāo)井合理的簇間距，即進(jìn)行“適度密切割”。

需要強(qiáng)調(diào)的是，“適度密切割”還應(yīng)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(yīng)越長，否則，可能發(fā)生儲(chǔ)層過度改造的問題。

3.2 由一味強(qiáng)加砂向多尺度裂縫強(qiáng)加砂轉(zhuǎn)變

目前，提高加砂強(qiáng)度也是壓裂技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，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(jì)資料也證實(shí)，提高加砂強(qiáng)度確實(shí)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(dǎo)流能力（與加砂強(qiáng)度呈現(xiàn)出很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系）提高到某個(gè)臨界值后，壓后產(chǎn)量的增加幅度就會(huì)大幅度減緩。因此，對(duì)特定的目標(biāo)井層而言，應(yīng)存在臨界加砂強(qiáng)度，在提高壓后產(chǎn)量的同時(shí)使投入產(chǎn)出比最低。

為提高加砂強(qiáng)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(duì)國外構(gòu)造平緩、水平應(yīng)力差相對(duì)較小的儲(chǔ)層是合適的，因?yàn)橹髁芽p與轉(zhuǎn)向支裂縫的動(dòng)態(tài)縫寬非常接近，長段塞或連續(xù)加砂模式可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同尺度裂縫的強(qiáng)加砂效果。但對(duì)于國內(nèi)以構(gòu)造擠壓為主、兩向水平應(yīng)力差相對(duì)較大的儲(chǔ)層而言，因?yàn)橹髁芽p與轉(zhuǎn)向支裂縫的動(dòng)態(tài)縫寬的差異性較大，導(dǎo)致絕大部分支撐劑都滯留堆積于人工主裂縫，而進(jìn)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(yīng)用比例普遍大于70%，甚至大于90%，導(dǎo)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(duì)裂縫導(dǎo)流能力的負(fù)面影響相當(dāng)大，甚至?xí)陀诔涮顔我恍×街蝿r(shí)的裂縫導(dǎo)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(qiáng)度，但并未實(shí)現(xiàn)多尺度裂縫的強(qiáng)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(qiáng)加砂而使導(dǎo)流能力有較大幅度的降低。正因?yàn)橐晃稄?qiáng)加砂，導(dǎo)致支撐劑的進(jìn)縫阻力增大，最終使支撐劑的運(yùn)移距離縮短。目前的各種資料也證實(shí)，壓后裂縫支撐縫長很少能超過60 m 的，因此出現(xiàn)了與預(yù)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(shí)，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(jìn)入轉(zhuǎn)向支裂縫或三級(jí)微裂縫中。

對(duì)于臨界加砂強(qiáng)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(qiáng)度（對(duì)應(yīng)不同的裂縫導(dǎo)流能力），并以壓后有效周期內(nèi)的累積油氣當(dāng)量或經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值等為目標(biāo)函數(shù)，分別優(yōu)化主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫及三級(jí)微裂縫的臨界加砂強(qiáng)度。

3.3 由一般雙暫堵向多級(jí)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(dǎo)致暫堵球的坐封效率低以及暫堵劑的部分暫堵效應(yīng)普遍（因暫堵劑沉降只封堵了裂縫中底部），導(dǎo)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(huì)沖散暫堵劑），施工壓力很快就恢復(fù)到暫堵前的水平。2）缺乏暫堵有效性的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)是多少，目前仍然缺乏一個(gè)明確的判識(shí)準(zhǔn)則，因此，導(dǎo)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(diǎn)暫堵設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)縫內(nèi)暫堵的位置及定點(diǎn)暫堵的設(shè)計(jì)與控制方法的關(guān)注相對(duì)較少。4）缺乏多級(jí)雙暫堵的差異化參數(shù)設(shè)計(jì)方法。對(duì)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(dǎo)應(yīng)力條件都完全不同，特別是投暫堵球時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)不同射孔簇裂縫的分級(jí)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(dāng)雙暫堵效果不佳時(shí)，而加砂程序設(shè)計(jì)又是按壓開新裂縫設(shè)計(jì)的，就會(huì)導(dǎo)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(jìn)行二次運(yùn)移分配，最終導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力受損嚴(yán)重。

針對(duì)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(qiáng)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(shí)，大大增加暫堵后裂縫的復(fù)雜性及改造體積。同時(shí)，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(dǎo)應(yīng)力疊加效應(yīng)等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)暫堵壓裂時(shí)的裂縫分級(jí)起裂與分級(jí)延伸。另外，確定了高效雙暫堵有效性的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)：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(diǎn)暫堵優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制方法：將暫堵劑視作支撐劑，模擬預(yù)期暫堵處的暫堵劑覆蓋形態(tài)及鋪砂濃度，如果計(jì)算出的支撐縫寬與該處的動(dòng)態(tài)縫寬相等或接近，則說明實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)暫堵；也可通過觀察模擬井口壓力曲線形態(tài)，實(shí)現(xiàn)暫堵后會(huì)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(shí)，表明裂縫端部實(shí)現(xiàn)了暫堵，該值越大，說明暫堵的位置越靠近井筒。

對(duì)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(jí)暫堵的支撐劑濃度和粒徑等，可基于成熟的裂縫擴(kuò)展模擬軟件或FLUENT 軟件，以暫堵效率100%為目標(biāo)進(jìn)行模擬優(yōu)化。所謂暫堵效率，對(duì)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(duì)暫堵劑而言，指的是暫堵劑在縫內(nèi)某個(gè)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(kuò)展過程中的全程裂縫穿層轉(zhuǎn)變

對(duì)多巖性夾層的湖相頁巖油氣藏和垂向應(yīng)力差（上覆地層應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力的差值）相對(duì)較小的深層頁巖氣藏而言，水力裂縫在縱向上擴(kuò)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(kuò)展，因巖石水平方向的斷裂韌性相對(duì)較小，水力裂縫向縫長方向的擴(kuò)展速度更快，壓裂液能量衰竭也更快，導(dǎo)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(dá)裂縫端部時(shí)，縫高可能已不足1.0 m。因此，如何實(shí)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(jí)定點(diǎn)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(jìn)裂縫中遠(yuǎn)端處的凈壓力提高，進(jìn)而達(dá)到提高全程“縱向穿層”的目的。

對(duì)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(jí)定點(diǎn)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(jìn)行裂縫擴(kuò)展模擬，并計(jì)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?biāo)，確定全程“縱向穿層”最優(yōu)的工藝參數(shù)。

4 地質(zhì)–工程動(dòng)態(tài)一體化的概念及關(guān)鍵參數(shù)計(jì)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(jì)、實(shí)施及后評(píng)估的各個(gè)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(dāng)強(qiáng)，隨著裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的持續(xù)進(jìn)行，水力裂縫溝通的儲(chǔ)層參數(shù)必然也會(huì)發(fā)生一定程度的變化，且有時(shí)變化還相對(duì)較大。因此，必須將以往的地質(zhì)–工程一體化進(jìn)一步升級(jí)為地質(zhì)–工程動(dòng)態(tài)一體化，以實(shí)現(xiàn)壓裂全程對(duì)遠(yuǎn)井儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)精細(xì)描述，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)整壓裂工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)裂縫參數(shù)與儲(chǔ)層參數(shù)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)全程最佳匹配，從而最大限度地挖掘儲(chǔ)層增儲(chǔ)上產(chǎn)潛力。

地質(zhì)–工程動(dòng)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(chǔ)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(jì)算儲(chǔ)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(dòng)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(jì)算儲(chǔ)層的綜合濾失系數(shù)、基于多次瞬時(shí)停泵壓力測(cè)試反演兩向水平主應(yīng)力差等。

需要指出的是，在應(yīng)用停泵壓力降落曲線分析儲(chǔ)層的綜合濾失系數(shù)時(shí)，必須將停泵后裂縫繼續(xù)延伸的距離及時(shí)間等因素剔除掉，尤其在脆性礦物含量相對(duì)較高（例如大于60%）的情況下更是如此，這樣才能真實(shí)地反映儲(chǔ)層的綜合濾失情況，否則會(huì)導(dǎo)致參數(shù)反演結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)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(chǎng)施工時(shí)如果要改變壓裂液黏度，需要調(diào)整壓裂液配方，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件有限，無法實(shí)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(shì)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(dān)著造縫、滲吸擴(kuò)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(duì)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(jì)理念既體現(xiàn)了施工簡(jiǎn)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(jí)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(huì)產(chǎn)生不同尺度的裂縫，進(jìn)而也會(huì)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(duì)于致密油或頁巖油而言，如果在某個(gè)壓裂液注入階段同時(shí)注入一定濃度的驅(qū)油劑，則會(huì)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(shí)，可以對(duì)增稠劑進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改性，添加相應(yīng)的功能性單體，將降阻–攜砂–助排等功能集于一體。同時(shí)，采用不交聯(lián)、弱交聯(lián)及強(qiáng)交聯(lián)等方式或通過在線混配的方式，實(shí)時(shí)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(chǎng)壓裂作業(yè)時(shí)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(jì)性評(píng)價(jià)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(chǎng)試驗(yàn)[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(duì)裂縫導(dǎo)流能力的需求出現(xiàn)一定程度的下降，加之加砂強(qiáng)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(qiáng)加砂所彌補(bǔ)。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(shí)。但需注意的是，目前國外油氣井壓裂的石英砂應(yīng)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(chǔ)層的兩向水平主應(yīng)力差相對(duì)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(chǔ)層的兩向水平主應(yīng)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?yàn)樾×绞⑸爸饕谵D(zhuǎn)向支裂縫或三級(jí)微裂縫中運(yùn)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(yīng)力相對(duì)更大，加上石英砂的鋪砂濃度也相對(duì)更小，充填小粒徑石英砂的轉(zhuǎn)向支裂縫及三級(jí)微裂縫會(huì)快速閉合，導(dǎo)致壓后產(chǎn)量遞減加快，單井EUR 較低。

綜上所述，需要對(duì)石英砂替代陶粒的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，或者以壓后一定時(shí)間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值或投入產(chǎn)出比等指標(biāo)為目標(biāo)，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(jì)–實(shí)施–后評(píng)估”循環(huán)迭代升級(jí)的閉環(huán)體系構(gòu)建

“設(shè)計(jì)–實(shí)施–后評(píng)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(chǔ)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(chǔ)層關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)及其變化，為壓裂工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整提供依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)壓裂全過程的裂縫形態(tài)、幾何尺寸與儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化；接著通過壓后評(píng)估，提出壓裂工藝的改進(jìn)方向和實(shí)現(xiàn)途徑。通過一個(gè)區(qū)塊多口井的循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)壓裂技術(shù)的迭代升級(jí)，建立壓裂工藝參數(shù)及效果評(píng)價(jià)的學(xué)習(xí)型曲線，實(shí)現(xiàn)不斷完善壓裂工藝水平并最大限度地挖掘儲(chǔ)層增儲(chǔ)上產(chǎn)潛力的目標(biāo)。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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)算法等手段，大幅提高壓裂作業(yè)的智能化水平，進(jìn)而達(dá)到事半功倍的效果[35]。

需要指出的是，“設(shè)計(jì)–實(shí)施–后評(píng)估”循環(huán)迭代升級(jí)的閉環(huán)體系構(gòu)建，除了流程固化外，還必須建立相應(yīng)的軟件平臺(tái)，將壓裂設(shè)計(jì)模塊、關(guān)鍵儲(chǔ)層地質(zhì)參數(shù)反演模塊及壓后效果評(píng)估模塊等有機(jī)地耦合起來，包括底層數(shù)據(jù)庫的建立及深度學(xué)習(xí)模型的建立等，從而實(shí)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(biāo)是真正徹底打碎油氣藏，且既不過度改造儲(chǔ)層又不留下流動(dòng)死區(qū)，尤其是轉(zhuǎn)向支裂縫及三級(jí)微裂縫的縫高擴(kuò)展程度都要與主裂縫接近，且主裂縫、轉(zhuǎn)向支裂縫和三級(jí)微裂縫間的相互連通性要相對(duì)較好，其核心工藝模式為“適度密切割、多尺度裂縫強(qiáng)加砂、多級(jí)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(kuò)展動(dòng)態(tài)情況，它關(guān)系到支撐劑的加入時(shí)機(jī)及多尺度裂縫的分級(jí)支撐問題，需進(jìn)行廣域電磁法裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于水擊效應(yīng)對(duì)多尺度水力裂縫幾何形態(tài)及復(fù)雜性的建模分析等研究。

3）建議開展多級(jí)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(yuǎn)及近的暫堵模式向由近及遠(yuǎn)的暫堵模式轉(zhuǎn)變，同時(shí)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(jìn)而最大程度地實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。