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| 以储层改造工程技术自立自强 助力端牢能源饭碗 |
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□ 王欣 中国石油勘探开发研究院
储层改造已成为油气高质量发展的重要工程利器
世界油气工业已经走过近160年发展历史，随着世界经济的高速发展，对能源的需求与日俱增，油气资源的高质量发展已成为保障国家能源安全的重要途径。中国油气资源勘探开发具有向低渗透、深层油气藏、海洋油气藏、非常规油气藏等难新领域集中的态势。
以中国石油为例，近年来新增石油探明储量的70%以上、新增天然气探明储量的90%以上为低品位油气资源，这些资源均需要经过储层改造才能得以开发。从产量贡献率来看，2017年以来，中国石油低渗透油藏原油产量占年总产量的40%左右，低渗透气藏天然气产量约占年总产量的55%。油气资源品质劣质化程度不断加剧，给储层改造技术带来前所未有的机遇和挑战，储层改造的价值与作用更加凸显。据统计，2017～2021年，中国石油近180余项勘探突破成果中有150余项是经储层改造获得，由此获得的油气储量分别占同期全部新增油气储量的76%和82%，发现了超10亿吨级最大的页岩油田——庆城油田。四川页岩气也形成万亿立方米页岩气大气区。
预计到2030年，国内非常规油气产量将分别占油气总产量的20%和50%。可以说没有储层改造工程技术，就没有非常规油气新时代的到来。储层改造技术已成为与钻井和物探并重的三大关键工程技术之一，是保障国家油气资源生产底线、保障端牢能源饭碗的重要工程技术利器。
储层改造技术取得多项重大进展，助力实现油气增储上产目标
中国的压裂从1955年发展至今，经历了单井压裂、整体压裂、开发压裂、直井分层/水平井分段压裂、水平井体积压裂等阶段。经过60余年的持续发展，储层改造技术已成为油气井增产的主要进攻性手段，在不断发展与进步中形成了各个时期的技术特色，基本满足了我国油气工业发展的需求。特别是“十二五”以来，中国石油通过水平井体积压裂技术攻关，实现了技术从引进、吸收到自主化创新的跨越式发展。压裂工具实现了从无到有，工具自主率超过90%，直井分层、水平井分段压裂技术实现了工业化应用，水平井改造数量由攻关前的2.8%提高到50%以上。微地震裂缝监测技术从硬件到解释软件均具有完全自主知识产权。中国石油研发了耐温240摄氏度的压裂工作液体系，压裂材料实现了国产化并部分产品远销北美等市场；形成了型号齐全的2000、2500、3000型压裂泵车；研制了最大功率达7000马力的电驱压裂装备，具有“降本、环保、高效、国产化”四大优势，国产化已达100%。配套装备实现了突破，研制了8000米连续管作业机，形成了满足施工压力140兆帕的高压地面配套装备。
尤其在“十三五”期间，随着非常规水平井压裂理论的不断深化，大功率压裂泵车、可溶桥塞、低成本滑溜水、低成本支撑剂替代技术、段内多分簇射孔枪等技术、装备和材料等取得重大突破，创新形成非常规水平井体积压裂2.0新工艺体系，实现储层改造技术的升级换代，中国石油压裂技术水平和能力比肩国际先进水平。2020年比2016年储层改造效率提高30%以上，产量提高10%~30%，成本降低10%以上，为实现油气增储上产目标提供了重要的科技支撑。
与此同时，长期制约发展的压裂软件也实现了重大突破。国内压裂优化软件一直完全依赖进口，购置成本高昂，在日趋复杂的国际形势下，还将随时面临数据安全以及国外技术封锁等多重风险。中国石油在2018年启动预研，2020年设置专项资金支持，组织了跨板块、跨学科、跨专业的攻关团队，瞄准国际最先进的地质、工程、经济一体化理念，对标最先进的模型和算法，从压前分析到压后评估全环节进行功能模块设计和敏捷式开发。快速攻克了具备国际领先水平的非平面全三维裂缝模拟、复杂裂缝模拟、嵌入式离散裂缝的压后产能模拟等多项核心技术，目前已经形成压裂优化设计软件FrSmart1.0 Beta版，具备直井、定向井、水平井等不同井型的单井压裂优化设计功能。软件运行稳定，整体达到工业化应用标准，具备推广应用条件，并于2022年1月公开发布，实现了国产压裂优化设计软件“零”的突破，也标志着压裂软件领域“中国芯”的诞生。
关于储层改造工程技术下步发展的思考
未来，储层改造工程技术的应用领域将进一步拓展，在传统能源和新能源两大领域共同发力。
中国制定了“3步走”能源战略技术路线图。第1步（2020~2035年），化石能源为主并提速新能源，第2步（2035~2050年），化石能源与新能源并重发展，第3步（2050~2100年），新能源生产消费占主体地位。传统油气担负保障国家能源安全的重要使命，将持续加大国内油气勘探开发力度。按照中国石油“十四五”规划，陆上主要七大含油气盆地的“五油三气”发展作为油气发展的重点领域，上述领域均需要储层改造工程技术来支撑增储上产目标的实现。同时，“十四五”开始将加快布局新能源对煤炭的替代，加速实现煤炭、油气、新能源各占1/3的“三足鼎立”能源格局。因此，储层改造也将迎来在“减碳”“埋碳”中发挥作用的重要机遇，向提高新能源产量和效率的应用领域拓展。
围绕上述应用领域，储层改造将在核心技术攻关方面持续发力，包括:深化地质工程一体化的研究模式和平台化、信息化工作手段。信息技术在储层改造工程领域的应用仍处于起始阶段，基于大数据、云计算、物联网等核心技术的数据驱动决策平台、贯穿油气井全生命周期的地质工程一体化平台与作业团队建设刚刚起步，未来亟待建立高效协同工作机制和决策平台，实现压裂工程多参数体系的“正向”与“逆向”智能化、快速优化。同时，实时回馈更新压裂工程作用下的地质模型和油藏模型，实现从“地质”到“油藏”再到“工程结果”的正向推演和反向回馈，实现储层改造的全局整体最优化和EUR最大化，进一步提高工程效果和效率。
攻关超长水平井压裂技术、水力裂缝精准监测与诊断技术，发展多介质压裂造缝、压裂补能的效能复合技术方法，通过水平井体积压裂+渗吸置换、原位改质、多轮次蓄能等工程和技术手段，充分利用渗流场、应力场、化学场、温度场“四场”改变，将储层改造造缝与多介质能量补充、油藏改质（油品性质、储层界面性质）、立体调剖吞吐等有机融合，建立更高效的压—注—驱—采一体化的人工缝网立体流动与补能体系，实现低效资源的高效动用。
研发超深/特深层改造关键装备、工具和耐高温材料，提高深层改造保障能力。研制长时、120兆帕以上高泵压、24小时连续施工耐压装备，研发9000米重型连续管作业装备及配套系统，耐200摄氏度以上的高温高压的压裂工具，满足超深井压裂需要。
布局新能源领域的储层改造新技术。中国石油多个盆地拥有地热、煤炭地下气化、水合物等丰富的新型资源，成为储层改造工程技术新的“着力点”。包括干热岩“对井”裂缝高效换热改造技术；水力喷射与高能爆燃剂输送提高火烧煤层接触面积的地下煤制气改造技术；不同井型和不同井网条件下水合物储层增产改造技术；实现二氧化碳快速、高效埋存的储层改造技术。
借力人工智能，助推储层改造技术再升级。随着全世界AI技术的大发展，人工智能未来也将与储层改造技术融合，形成大数据驱动的智能压裂技术，大幅度提高改造效果、降低作业成本，进一步探索效益开发的资源条件下限，同时也会带动智能化储层改造装备制造业、新材料、人工智能产业的发展。通过建设公司级储层改造智能化远程决策和指挥中心，开发全自动智能控制作业平台。研制自适应储层和工程环境的压裂液及支撑剂新材料，实现智能造缝与输砂。研发颗粒型多功能“机器人”，与支撑剂共同泵入地层，自动捕捉并实时回传裂缝扩展与支撑剂运移状态，辅助智能决策；压裂后释放颗粒内包覆的纳米型功能材料进一步提高油气产量。制造压裂“机器人”型智能施工装备与井下工具，实现智能无人值守作业和实施过程中智能化在线自适应调整。
展望未来，储层改造将以科技自立自强迎接更加艰巨的工程极限挑战，以技术创新实现对更劣质、更深层资源的有效开采，并在新能源领域和埋碳、减碳领域发挥新的作用。
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