如何細“油”長流？給石油修一條流動的“高速路”吧！

“頁巖非常致密，有油也采不出來，即便采出來也不能高產”，這是長期以來的“定論”。有這樣的“定論”，是因為頁巖儲層中的原油賦存于納米級的孔隙喉道中，自然條件下無法有效流動至井筒中。因此，要實現頁巖油的有效開采，必須通過先進的工程技術手段“打碎”致密頁巖儲層，在頁巖孔隙喉道與井筒之間構建起可以讓原油流動的“高速通道”。那么，如何建立這樣的通道呢？水力壓裂技術可擔此任。

“打碎”儲層讓油氣流出來

1947年，美國進行了世界首次水力壓裂增產試驗，揭開了儲層增產改造技術的序幕。在水力壓裂作業(yè)中，石油工程師利用泵車將攜帶高強度支撐劑的壓裂液，通過井筒注入儲油層，使地層在高壓下破裂延伸成縫，并利用支撐劑的支撐作用，在壓后儲層中構筑油氣運移的“高速通道”。

然而，隨著非常規(guī)油氣資源逐步成為勘探開發(fā)主戰(zhàn)場，傳統(tǒng)水力壓裂技術雖然能夠在儲層中打開具備一定導流能力的人工裂縫，但受制于致密的儲層特征，基質孔隙內的油氣仍然難以流入裂縫內，無法實現油氣的有效開采。面對這一難題，體積壓裂技術應運而生，其理念是通過工程技術手段“打碎”儲層，在形成多條主裂縫的同時，在主裂縫的側向形成多級次生裂縫，構成復雜的裂縫網絡。相比常規(guī)水力壓裂，體積壓裂相當于在修建“主干道”的同時，配套了“鄉(xiāng)道”“村道”等多級“公路網絡”，油氣從納米級“臥室”流出后能夠以最短距離進入“公路網絡”，大幅提升通行效率。

人工裂縫高度、長度欠佳

一些國際石油公司根據古龍頁巖油的前期研究得出結論：“獲得商業(yè)油流的風險非常高，不存在已知具有商業(yè)開發(fā)價值的類似湖相頁巖區(qū)塊?！惫琵堩搸r油開采為何困難？原因主要有兩個。

第一個原因是當前已投入規(guī)?；_發(fā)的其他頁巖油藏，其開發(fā)目標層黏土含量一般少于10%，而古龍頁巖的平均黏土含量高于 35%，這使儲層具有極強的塑性特征（即在外力作用下可任意改變其形狀而不被破裂的性能）。這就像我們揉捏橡皮泥，橡皮泥的形狀會發(fā)生變化但其本身并不會破裂；但當我們擊打玻璃時，玻璃會破碎，這就說明橡皮泥的塑性比玻璃強。在古龍頁巖層中進行壓裂施工時，儲層巖石相對更容易發(fā)生變形，但難以產生延伸較遠的裂縫，大幅限制了裂縫溝通的儲層范圍。

第二個原因是古龍頁巖廣泛發(fā)育了形態(tài)復雜的層理縫，密度可以達到每米數百條至數千條，看上去像一堆有硬有軟、有厚有薄、凹凸不平的紙板堆疊在一起，石油地質學家將這種結構形象地稱為“千層小薄餅”。要垂直穿過“千層小薄餅”型頁巖，壓裂液無疑會遇到層層阻擋，水平方向上的層理縫成為壓裂液流動的相對優(yōu)勢通道，但在黏土礦物和復雜層理縫形態(tài)的共同作用下，水平裂縫難以向遠處延伸。石油工程師通過現場監(jiān)測數據發(fā)現，古龍頁巖油形成的人工裂縫有效高度不足 10 米，有效長度不足200米，有效改造體積僅為相同施工規(guī)模下致密油藏的40%。

“控近擴遠”，形成復雜裂縫網絡

如何破解古龍頁巖油“千層小薄餅”儲層壓裂增產改造難題？水利工程中，工程師通過修建水壩，將分散在不同支流的水資源在主河道上進行集中管理，形成更大的水流力量用于發(fā)電等用途，從而提高水資源的利用效果。石油工程師采用相似的思路，創(chuàng)新提出了以“控近擴遠”為核心的壓裂設計理念。

所謂“控近”，就是讓壓裂液集中力量、形成合力，造出更大規(guī)模的裂縫“主干道”。我們發(fā)現清水比蜂蜜更容易滲入微裂縫，這是因為與水相比，蜂蜜有更高的黏度。而在壓裂作業(yè)中，石油工程師通過在壓裂液中加入一定成分的添加劑，同樣可以大幅度提高液體的黏度，抑制壓裂液在微裂縫中流失。

“擴遠”則是讓壓裂液在遠井區(qū)域“主干道”周圍造出更多的“鄉(xiāng)道”和“村道”，讓更多的油氣以最短的距離進入“公路網絡”內，最終匯聚于“主干道”中，通過井筒采出。為實現這一目標，石油工程師在使用高黏度壓裂液造出“主干道”后，巧妙地改用一定比例的低黏度壓裂液以高排量繼續(xù)注入地層。這些壓裂液順著主裂縫來到遠井區(qū)域后進一步沖擊儲層，由于黏度較低、更容易滲入到層理縫內，形成復雜的裂縫網絡。

“細油長流”，保持頁巖油流動動力

水力壓裂作業(yè)完成后，油井就具備了生產條件。但原油要從大小為頭發(fā)絲直徑（約70微米）千分之一的頁巖孔隙中流出，并跨越多級裂縫網絡，產出是長期、緩慢的。

石油工程師從水力壓裂初始設計階段就開始研究如何讓原油流得更容易。增大壓裂液量或在壓裂液體系中增加易溶于原油的氣體，可置換出原油，提高地層壓力，進而增大產油量。在壓裂液中加入表面活性劑，可以降低油水界面的表面張力，增強油的流動性。

頁巖油在開采一段時間后，壓力和產量都會降低，如果壓力下降過快，會導致裂縫閉合、高速流動通道關閉。因此，“控壓生產、細油長流”的頁巖油開發(fā)對策，可讓地層能量有序釋放，既能夠維持較長時間的驅動能量，又能避免流動通道過早關閉，延長穩(wěn)產期，提升最終的采出程度和開發(fā)效益。

作者：孟思煒 劉一杉（中國石油勘探開發(fā)研究院） 鄧大偉（大慶油田勘探開發(fā)研究院）