鄒才能，丁云宏，盧擁軍，劉先貴，陳建軍，王欣，楊正明，才博，楊智，何春明，王臻，駱雨田

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007）

“人工油氣藏”理論、技術(shù)及實踐

鄒才能1,2，丁云宏2，盧擁軍2，劉先貴2，陳建軍2，王欣2，楊正明2，才博2，楊智1，何春明2，王臻2，駱雨田2

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007）

低滲透、致密油氣及頁巖油氣在全球能源格局中占據(jù)愈發(fā)重要的地位，面臨動用難度大、產(chǎn)量遞減快、采收率低、開采成本高等亟需解決難題。為此提出“人工油氣藏”開發(fā)新概念、新理念及技術(shù)方法新體系。提出以“甜點區(qū)”為基本單元，對滲透性差的油氣區(qū)采取壓裂、注入與采出一體化方式，形成一個“人工油氣藏”，以提高采收率并進行規(guī)模經(jīng)濟開發(fā)。通過井群開發(fā)、壓裂造縫和針對性流體介質(zhì)注入，改變地下流體滲流環(huán)境和補充地層能量，在“甜點區(qū)”單元內(nèi)形成“人造高滲透區(qū)”與“重構(gòu)滲流場”，建立了“人工油氣藏”地質(zhì)、開發(fā)、生產(chǎn)、管理和決策綜合信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)低滲透、致密油氣與頁巖油氣大規(guī)模、有效益、可持續(xù)開發(fā)。創(chuàng)建了基于大數(shù)據(jù)的三維地震地質(zhì)“甜點區(qū)”評價技術(shù)、井群大平臺開發(fā)技術(shù)、體積改造人工智能造縫技術(shù)、滲吸置換與能量補充開采技術(shù)、基于云計算的“人工油氣藏”智能管理技術(shù)，構(gòu)建智慧油氣田。在國內(nèi)5大致密油氣、頁巖氣區(qū)開展235井次先導(dǎo)性試驗，致密油壓采效果比以往常規(guī)技術(shù)提高2倍，頁巖氣實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，展示出良好應(yīng)用前景。圖4表2參37

致密油氣；頁巖油氣；人工油氣藏；井群式開發(fā)；體積改造；滲吸置換；提高采收率；智能開發(fā)；大數(shù)據(jù)；云計算；智慧油氣田

引用：鄒才能,丁云宏,盧擁軍,等.“人工油氣藏”理論、技術(shù)及實踐[J].石油勘探與開發(fā),2017,44(1):144-154.

ZOU Caineng,DING Yunhong,LU Yongjun,et al.Concept,technology and practice of “man-made reservoirs”development[J].Petroleum Exploration and Development,2017,44(1):144-154.

0 引言

低滲透、致密油氣及頁巖油氣勘探開發(fā)面臨三大難題：一是大面積低豐度，產(chǎn)量遞減速度快，一般3年內(nèi)產(chǎn)量遞減達85%；二是能量補充難，采收率低，自然能量采收率僅1%～8%；三是開采成本高，高投入和低油價遏制了規(guī)模開發(fā)效益。中國乃至世界石油工業(yè)都面臨資源劣質(zhì)化與低油價運行雙重壓力。目前，致密油氣、頁巖油氣勘探開發(fā)工業(yè)化剛剛起步；部分已開發(fā)常規(guī)低滲透老油田綜合含水高達80%、可采儲量采出程度達到75%；相當部分剩余儲量通過傳統(tǒng)二次采油、三次采油等技術(shù)難以有效動用開發(fā)。因此，研發(fā)低滲透、致密油氣及頁巖油氣的經(jīng)濟有效開發(fā)理論及核心技術(shù)，對未來油氣工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有意義。

筆者在2013年《非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術(shù)——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)》一文中，側(cè)重論述了非常規(guī)油氣的地質(zhì)內(nèi)涵、資源潛力、方法技術(shù)、學(xué)科體系等方面的問題。近3年多來筆者在系統(tǒng)調(diào)研全球常規(guī)、非常規(guī)油氣理論技術(shù)與勘探開發(fā)最新進展的基礎(chǔ)上，結(jié)合致密油（頁巖油）國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）等項目最新研究成果，2014年提出“人工油氣藏”開發(fā)的概念與核心技術(shù)，組織中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院等多學(xué)科團隊，進行聯(lián)合攻關(guān)研究、室內(nèi)實驗與工業(yè)化現(xiàn)場應(yīng)用，推動“人工油氣藏”創(chuàng)新工程取得顯著效果。本文系統(tǒng)思考和闡述了“人工油氣藏”開發(fā)的理論內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用實踐，側(cè)重論述了非常規(guī)、低品位油氣資源有效產(chǎn)出、經(jīng)濟開發(fā)等方面的問題，力求為推動非常規(guī)、低品位油氣資源有效益、可持續(xù)開發(fā)提供借鑒。

1 提出背景

低滲透與非常規(guī)油氣資源在全球能源格局中占據(jù)愈發(fā)重要的地位。全球油氣資源總量約5×1012t，其中低滲—致密石油達4 495×108t，占全球石油總量的48%[1]；低滲—致密天然氣3 922×1012m3，占天然氣總量的89%。預(yù)計到2035年產(chǎn)量將分別占原油和天然氣的10%和22%以上[2]。低滲—致密油氣已成為當前全球及未來能源發(fā)展的新領(lǐng)域，是重要油氣接替資源[2]。2015年，全球石油產(chǎn)量43.6×108t（其中非常規(guī)石油占11%），全球天然氣產(chǎn)量3.47×1012m3（其中非常規(guī)天然氣占23%），非常規(guī)油氣的比例仍在逐步增加[3-6]。在中國，低滲剩余儲量、難動用儲量以及非常規(guī)油氣儲量，已逐漸成為油氣勘探開發(fā)的主體，中國近5年低滲—致密油氣儲量已占探明油氣儲量的70%～80%[7-9]。

全球正在形成西半球的美國、東半球的中國兩大主要非常規(guī)油氣勘探開發(fā)區(qū)。美國經(jīng)過30年的探索準備，突破常規(guī)油氣地質(zhì)開發(fā)理論技術(shù)，非常規(guī)油氣成功實現(xiàn)對常規(guī)油氣的“第一次革命”。美國頁巖油氣、致密油氣等獲得“革命性發(fā)展”，油氣對外依存度大幅下降，持續(xù)推動美國“能源獨立”戰(zhàn)略實施。2015年致密氣產(chǎn)量1 317×108m3，頁巖氣產(chǎn)量4 217×108m3，煤層氣產(chǎn)量395×108m3，致密油產(chǎn)量2.1×108t，美國天然氣基本實現(xiàn)自給，石油對外依存度已降至33%[10-16]。形成3項革命性創(chuàng)新成果：①以納米油氣連續(xù)聚集為核心的地質(zhì)理論革命；②以長水平井體積壓裂為核心的工程技術(shù)革命；③以多井平臺式“工廠化”開采的生產(chǎn)革命。頁巖氣勘探開發(fā)“黑色頁巖革命”是石油工業(yè)“黑天鵝事件”，導(dǎo)致2014年全球油價暴跌并仍低位運行，出乎意料而又深刻地改變油氣工業(yè)，深刻影響世界油氣供給態(tài)勢、能源格局和大國博弈戰(zhàn)略。在低油價大態(tài)勢下，美國非常規(guī)油氣正在通過以“降成本、求生存”為重點的3個技術(shù)與管理創(chuàng)新，進行自我“第二次革命”，一是提高單井產(chǎn)量和采收率，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新降成本；二是打井不壓井和只釋放“甜點區(qū)”中的高產(chǎn)井，實現(xiàn)方法創(chuàng)新降成本；三是規(guī)模裁人與全面市場機制，實現(xiàn)管理創(chuàng)新降成本。美國非常規(guī)油氣“兩次革命”對世界石油工業(yè)科技、油氣供給版圖、新能源發(fā)展等將產(chǎn)生深遠影響。

中國的非常規(guī)油氣經(jīng)過10年的攻關(guān)創(chuàng)新[17-24]，致密油氣及頁巖氣等獲得“戰(zhàn)略性突破”。2015年致密氣產(chǎn)量360×108m3，發(fā)現(xiàn)了鄂爾多斯蘇里格、四川須家河組2個萬億立方米級致密大氣區(qū)。頁巖氣發(fā)現(xiàn)了涪陵、長寧、威遠3個千億立方米級海相頁巖氣大氣田，已提交探明地質(zhì)儲量5 441×108m3。2015年頁巖氣產(chǎn)量45×108m3。落實了鄂爾多斯新安邊、松遼扶余、準噶爾吉木薩爾3個億噸級致密油大油區(qū)，2015年致密油產(chǎn)量150×104t。煤層氣規(guī)模開發(fā)初見成效，形成沁水、鄂爾多斯2個生產(chǎn)基地，2015年煤層氣產(chǎn)量44× 108m3，中國非常規(guī)油氣基本實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展。

中國的低滲透與非常規(guī)油氣實現(xiàn)規(guī)模效益開采仍面臨地質(zhì)、開發(fā)等多方面挑戰(zhàn)。由于主要是多旋回疊合盆地，非常規(guī)油氣聚集的構(gòu)造動力學(xué)、沉積環(huán)境、烴源巖分布、儲集層非均質(zhì)性、油氣水關(guān)系、地層能量等方面都具有特殊性。致密油氣面臨儲集層非均質(zhì)性強、“甜點體”難刻畫、水平井井眼軌跡難控制、油氣層測井難識別、致密儲集層改造難度大等不利因素，需要創(chuàng)新具有中國特色的陸相非常規(guī)油氣開發(fā)理論技術(shù)。頁巖氣面臨地表條件復(fù)雜、埋藏深度大、管網(wǎng)設(shè)施不完善、3 500 m以深工程技術(shù)不具備、寒武系頁巖熱演化程度高、形成條件復(fù)雜、陸相—海陸過渡相頁巖氣未突破等挑戰(zhàn)。煤層氣面臨氣水分布復(fù)雜、富集規(guī)律不清、800 m以深開采技術(shù)不具備、儲集層改造難度大等問題。頁巖油面臨泥頁巖非均質(zhì)性強、黏土礦物含量高、有機質(zhì)成熟度較低、原油流動性較差、水平井壓裂技術(shù)不適用等難題。

全球油氣勘探開發(fā)大趨勢是高精度勘探、規(guī)?；_發(fā)、智能化與協(xié)同化發(fā)展。地震從二維地震，向大面積高分辨率三維大數(shù)據(jù)跨越?？碧綇某Ｒ?guī)圈閉成藏，向非常規(guī)連續(xù)型“甜點區(qū)”延伸。開發(fā)從天然能量自然生產(chǎn)，向人工能量壓裂驅(qū)替開采。工程從直井單井平臺向水平井多井大平臺“工廠化”生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。采油從多次提高采收率向一次性極限提高采收率發(fā)展。運行管理從多工種協(xié)調(diào)，向大數(shù)據(jù)云計算智能化協(xié)同發(fā)展；經(jīng)費投入從單點與單環(huán)節(jié)考慮向全系統(tǒng)與多學(xué)科降低成本轉(zhuǎn)化。這些變化趨勢為非常規(guī)油氣等資源規(guī)模效益開發(fā)提供新的技術(shù)路線。

高油價背景下，基于油氣普遍在微納米級孔喉系統(tǒng)大面積連續(xù)型聚集理論，利用水平井體積壓裂技術(shù)，實現(xiàn)了部分非常規(guī)油氣的動用。目前中低油價形勢下，沿襲之前批量鉆井、壓裂、開發(fā)生產(chǎn)，遞減快、收益慢，難以實現(xiàn)效益開發(fā)。以巴肯致密油為例，開發(fā)3年后，水平井單井年產(chǎn)量僅為初期產(chǎn)量的15%，預(yù)計采收率3.6%～8.4%。因此，亟需探索形成低成本、高效益、一體化開發(fā)理論和技術(shù)，推動低品位與非常規(guī)油氣持續(xù)發(fā)展。

2“人工油氣藏”開發(fā)理論內(nèi)涵

2.1 “人工油氣藏”概念

低滲透與非常規(guī)油氣有3個關(guān)鍵標志，一是油氣大面積、低豐度連續(xù)分布，資源豐度低；二是滲流能力差，無自然穩(wěn)定商業(yè)產(chǎn)量；三是儲集層能量容易衰竭，能量補充較難。非常規(guī)的致密油氣、頁巖油氣并沒有常規(guī)油氣藏的統(tǒng)一油、氣、水邊界和溫度壓力系統(tǒng)，這給開發(fā)帶來更加嚴峻的挑戰(zhàn)。為破解經(jīng)濟開采困局，提出“人工油氣藏”概念和開發(fā)理念。即通過優(yōu)選“甜點區(qū)”和壓裂形成“人造高滲透區(qū)”，人工形成高豐度油氣藏來進行開發(fā)。而常規(guī)油氣是“自然”開發(fā)。

“人工油氣藏”概念是：以油氣“甜點區(qū)”為單元，在其范圍內(nèi)通過科學(xué)合理井群部署，用壓裂、注入與采出一體化方式，形成“人造高滲區(qū)，重構(gòu)滲流場”，改變巖石的潤濕性、應(yīng)力場、溫度場、化學(xué)場及其油氣的流動性，構(gòu)建地下油氣產(chǎn)出機制，大幅改變地下流體滲流環(huán)境和補充地層能量，人工干預(yù)實現(xiàn)地下油氣規(guī)模有效開發(fā)。簡稱油氣“人工”開發(fā)。

“人工油氣藏”改造過程中關(guān)鍵是在“甜點區(qū)”單元內(nèi)形成“人造高滲透區(qū)”和“重構(gòu)滲流場”?！叭嗽旄邼B透區(qū)”是指通過壓裂改造將極弱—弱滲流能力的油氣儲集體改造為縫網(wǎng)體系，提高油氣流動能力?！爸貥?gòu)滲流場”是“人工油氣藏”開發(fā)的理論核心。通過地下滲流場的變化來導(dǎo)致地下應(yīng)力場、化學(xué)場和溫度場發(fā)生變化。圖1為“人工油氣藏”滲流場-應(yīng)力場-化學(xué)場-溫度場“四場”作用示意圖。從圖中可以看出：在造縫過程中，地下滲流場發(fā)生變化，裂縫內(nèi)流體壓力的變化改變了裂縫寬度和長度，而這種改變也產(chǎn)生了應(yīng)力場的變化，而遠場應(yīng)力和裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力的變化也對縫寬和縫內(nèi)流體壓力形成約束。在壓裂過程中酸-巖反應(yīng)形成熱源，影響“人工油氣藏”溫度場的變化，而溫度的變化也影響化學(xué)反應(yīng)速率及與礦物反應(yīng)進程的化學(xué)穩(wěn)定性。隨壓裂液進入地層的熱源與儲集層溫度有差異，溫度變化引起熱應(yīng)力以及與溫度有關(guān)的巖石力學(xué)性質(zhì)變化。壓裂液在裂縫和基質(zhì)中的滲流帶動熱量的遷移，形成對流換熱，影響溫度場的變化。溫度場的變化影響流體性質(zhì)，如流體密度、黏度隨溫度而變化。通過“四場”變化關(guān)系建立大井群式縫網(wǎng)控藏流動系統(tǒng)是“人工造藏”的重要途徑。在“甜點區(qū)”單元特定面積體積范圍內(nèi)，通過井群式的“四場”聯(lián)合變化，實現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)的裂縫控藏。在單井影響范圍內(nèi)，通過“人造高滲透區(qū)”的體積改造實現(xiàn)井控區(qū)域內(nèi)的“人工造藏”；在單縫范圍內(nèi)，通過滲吸置換、流體改質(zhì)等措施實現(xiàn)提高采收率目的。

常規(guī)圈閉油氣藏具有明確的面積體積開采范圍邊界和較高滲流能力，流體流動遵循達西定律，具有統(tǒng)一油氣水界面，已有系統(tǒng)配套的高效經(jīng)濟開采技術(shù)體系。而非常規(guī)的致密油氣、頁巖氣等雖然大面積、低豐度、沒有統(tǒng)一的油氣水邊界和溫度壓力系統(tǒng)，但通過建造“人工油氣藏”后，完全可以建立起類似于一套常規(guī)圈閉油氣藏的開發(fā)技術(shù)方法體系，從而達到高效和有商業(yè)意義的儲量開發(fā)，獲得更多工業(yè)性油氣產(chǎn)量。

圖1 “人工油氣藏”滲流場-應(yīng)力場-化學(xué)場-溫度場“四場”作用示意圖

2.2 “人工油氣藏”開發(fā)理念

“人工油氣藏”開發(fā)理念：是以低滲透及非常規(guī)致密油氣及頁巖油氣為對象，基于地震資料為核心的大數(shù)據(jù)地質(zhì)甜點評價分析、井群為核心的“工廠化”大平臺開采方式、云計算為核心的智能管理系統(tǒng)，將地下整個“甜點區(qū)”系統(tǒng)改為一個“人造油氣藏”，利用造縫、蓄能、驅(qū)替、改質(zhì)等技術(shù)措施，人工建立并形成較大儲量規(guī)模區(qū)，以“甜點區(qū)”單元進行統(tǒng)一的開發(fā)采油設(shè)計部署，提高整個“甜點區(qū)”產(chǎn)量，同時大幅提高油氣采收率?！叭斯び蜌獠亍遍_發(fā)模式見圖2。

2.3 “人工油氣藏”與常規(guī)油氣藏開發(fā)區(qū)別

“人工油氣藏”開發(fā)從低滲透及非常規(guī)油氣分布特點出發(fā)，利用地震大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、數(shù)字化等對其精細化評價，采用“勘探-開發(fā)-工程一體化”的理念，基于井群式開發(fā)模式，運用水平井體積壓裂+滲吸置換、原位改質(zhì)、多輪次蓄能等工程和技術(shù)手段，通過“人工”改造并合理利用滲流場、應(yīng)力場、化學(xué)場、溫度場“四場”變化，建立一體化的人工裂縫網(wǎng)絡(luò)油氣藏流動體系，形成“人造高滲透區(qū)”系統(tǒng)，使地下基質(zhì)微納米孔喉大面積相互連通，構(gòu)成“人工化”的油氣產(chǎn)出通道，進行人工智能化管理，最終實現(xiàn)低效儲量的高效動用、無效儲量的有效動用。

常規(guī)油氣藏開發(fā)是在單個圈閉中，依靠儲集層自身較高滲透率、天然能量和較易補充能量的技術(shù)實現(xiàn)油氣“天然”開發(fā)，主要采取“控藏”開發(fā)?！叭斯び蜌獠亍遍_發(fā)是針對利用自身滲透率無法實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)的非常規(guī)油氣而提出，以往采用的單井單點的壓裂改造方式對非常規(guī)致密油氣、頁巖油氣等難以形成規(guī)模效益，同時無法進行系統(tǒng)能量補充，開發(fā)效益和采收率很低。采取“人工造藏”，可以形成大面積、高效益、高采收率、規(guī)?；拈_發(fā)方式，為非常規(guī)致密油氣、頁巖油氣開發(fā)提供了更加先進的理念、科學(xué)高效的開發(fā)方式，形成一條與目前非常規(guī)油氣藏單井衰竭式開發(fā)技術(shù)完全不同的路線。

3“人工油氣藏”開發(fā)核心技術(shù)

經(jīng)過攻關(guān)與實踐，“人工油氣藏”開發(fā)已形成5項核心技術(shù)系列。主要包括基于大數(shù)據(jù)的三維地震地質(zhì)“甜點區(qū)”評價技術(shù)、井群大平臺“人工造藏”技術(shù)、體積改造人工智能造縫技術(shù)、置換驅(qū)油與能量補充開采技術(shù)、基于云計算的“人工油氣藏”智能管理技術(shù)等，構(gòu)建智慧油氣田。

3.1 基于大數(shù)據(jù)的三維地震地質(zhì)“甜點區(qū)”評價技術(shù)

在大面積三維地震資料解釋基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)評價為識別地下油氣空間分布、井群部署、整體開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。中國陸上松遼、渤海灣、四川、鄂爾多斯等許多盆地已采用高精度三維地震采集，基本實現(xiàn)千平方千米乃至萬平方千米級連片三維地震采集與資料處理，具有“人工油氣藏”三維大數(shù)據(jù)地質(zhì)的良好資料基礎(chǔ)。

三維地震地質(zhì)大數(shù)據(jù)“甜點區(qū)”評價技術(shù)，充分利用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)[25-30]和巖性、物性、烴源巖、含油性、脆性、地應(yīng)力、各向異性等地質(zhì)、測井參數(shù)標定，制作多參數(shù)巖石物理圖版進行儲集層地震預(yù)測，建立反映地下實際情況的地質(zhì)模型來有效識別巖性、預(yù)測厚度、裂縫和脆性。對低品位、非常規(guī)油氣儲集層進行精細刻畫，最終綜合預(yù)測“甜點區(qū)”。運用三維可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，將油氣藏地質(zhì)體表面和內(nèi)部詳細信息直觀、形象展示，幫助研究人員快速、全面掌握油氣區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，準確、高效解析地下地質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律，構(gòu)建每個時空實體局部的實時動態(tài)模型。全面掌握低滲透及非常規(guī)油氣區(qū)地質(zhì)信息，提高復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下非常規(guī)油氣勘探開發(fā)成功率。

三維地震地質(zhì)大數(shù)據(jù)“甜點區(qū)”評價技術(shù)，核心是在系統(tǒng)三維地震資料分析研究及地質(zhì)綜合評價基礎(chǔ)上，優(yōu)選相對高孔滲儲集層區(qū)、高含油氣區(qū)及有利工程的脆性高地區(qū)等作為“甜點區(qū)”。在平面上刻畫出開發(fā)井群的面積范圍，在縱向上刻畫出工程施工改造的有利井段。

3.2 基于大平臺井群“人工造藏”開發(fā)技術(shù)

該技術(shù)是將致密油氣、頁巖油氣分布區(qū)域劃分為若干“甜點區(qū)”單元，每個“甜點區(qū)”單元系統(tǒng)作為一個造藏區(qū)，用一個大平臺采用水平井、大斜度井等多井型，對不同層系、不同類型油氣區(qū)進行開發(fā)井群設(shè)計，整體部署若干個井群，在整個造藏區(qū)科學(xué)系統(tǒng)地實施鉆井、壓裂和補充能量差異化設(shè)計與“工廠化”施工。在特定的面積、體積范圍內(nèi)將地下大面積、連通性不太好的含油氣區(qū)進行人工改造，形成一系列連片的相對高滲透區(qū)，從而形成一個人工改造的“類油氣藏”。進而用類似于常規(guī)油氣藏的方法對非常規(guī)油氣藏進行開發(fā)，實現(xiàn)井群的智能化管理，大幅度降低了開發(fā)工程費用，同時大幅提高油氣采收率。

“甜點區(qū)”單元的分級劃分就是在“有利區(qū)”范圍內(nèi)再進行系統(tǒng)優(yōu)化，選出地質(zhì)條件更好、工程施工條件最優(yōu)的作業(yè)單元?！疤瘘c區(qū)”單元確定主要依據(jù)儲集層參數(shù)綜合評價。實驗和礦場結(jié)果表明：脆性特征參數(shù)、混合潤濕指數(shù)和地層壓力系數(shù)越大，儲集層開發(fā)效果越好，反之越差。在考慮“人工油氣藏”研究對象的特征后，增加了脆性特征參數(shù)、混合潤濕指數(shù)和地層壓力系數(shù)3個參數(shù)，提出“人工油氣藏”儲集層“8參數(shù)”評價方法。研究表明：主流喉道半徑、可動流體含量、地層壓力系數(shù)、脆性特征參數(shù)和混合潤濕指數(shù)與開發(fā)效果正相關(guān)，擬啟動壓力梯度、黏土礦物含量和原油黏度與開發(fā)效果負相關(guān)，對8個儲集層評價參數(shù)進行歸一化處理，得到其儲集層綜合評價系數(shù)Fcei為：

式中 B——脆性指數(shù)，%；Fcei——儲集層綜合評價系數(shù)，無因次；I——混合潤濕指數(shù)，無因次；M——黏土礦物含量，%；P——地層壓力系數(shù)，無因次；R——平均喉道半徑，μm；S——可動流體含量，%；λ——擬啟動壓力梯度，MPa/m；μ——原油黏度，mPa·s。下標：std——對應(yīng)參數(shù)的標定值。

儲集層綜合評價系數(shù)越高，越有利于進行“人工油氣藏”開發(fā)。因此，按照儲集層綜合評價系數(shù)，劃分“甜點區(qū)”單元，進而確定井群部署方式。

井群“人工造藏”開發(fā)技術(shù)與常規(guī)井組開發(fā)技術(shù)不同：①“人工造藏”開發(fā)技術(shù)利用部署合理井群來“造藏”才能開發(fā)，而常規(guī)井組開發(fā)技術(shù)是通過合理井組部署來開發(fā)油藏；②“人工造藏”開發(fā)需綜合考慮注入地下壓裂液的能量、驅(qū)替和滲吸等作用來設(shè)計井群，后期調(diào)整難度大，需在井群內(nèi)井網(wǎng)一次成型，充分發(fā)揮各井的協(xié)同作用，避免后期不斷改進加密，以提高開發(fā)的整體性，而常規(guī)井組開發(fā)技術(shù)僅依據(jù)能量驅(qū)替作用而設(shè)計井組，后期調(diào)整余地大，生產(chǎn)過程中可以根據(jù)需要不斷調(diào)整井網(wǎng)來提高其開發(fā)效果；③“人工造藏”開發(fā)面積、體積更大，對全油藏的整體改造避免了目前非常規(guī)油氣區(qū)開發(fā)采用壓裂井各井獨立、人工改造體積較小而且非常規(guī)油氣連通性不好的缺點；④“人工造藏”開發(fā)實現(xiàn)了從單井、井組到井群的跨越，可在全“甜點區(qū)”范圍內(nèi)科學(xué)、系統(tǒng)實施鉆井、壓裂和補充能量差異化設(shè)計，“工廠化”鉆井、壓裂和補充能量，實現(xiàn)井群的智能化管理，提升優(yōu)化了決策科學(xué)性，大幅度降低了開發(fā)工程費用，實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)。

3.3 體積改造人工智能造縫技術(shù)

該技術(shù)是從油氣區(qū)整體化出發(fā)，利用大型巖石裂縫擴展物理模擬和數(shù)值模擬等手段，在揭示人工裂縫擴展機理及主控因素基礎(chǔ)上，進行低滲透及非常規(guī)油氣區(qū)儲集層裂縫體系預(yù)測、將精細控縫工藝和智能材料結(jié)合，進行體積改造造縫，最終完成人工智能造縫改造。

3.3.1 裂縫體系預(yù)測技術(shù)

利用大型巖石裂縫擴展物理模擬和數(shù)值模擬等手段，并結(jié)合壓裂礦場實踐，構(gòu)建考慮天然裂縫發(fā)育程度、巖石脆性、兩向水平應(yīng)力差和壓裂液流度的不同巖性儲集層（頁巖、致密砂巖、致密碳酸鹽巖和煤巖等）壓裂改造圖版，如圖3所示。從圖中可以看出：滑溜水壓裂液流度越低、水平主應(yīng)力差越小、天然裂縫越發(fā)育，巖石脆性越高，人工造縫的裂縫形態(tài)越復(fù)雜，越容易形成縫網(wǎng)。使用該圖一是可以在不同儲集層條件下，使用不同壓裂液流度來實現(xiàn)所需要的裂縫形態(tài)；二是將天然裂縫發(fā)育程度、巖石脆性、兩向水平應(yīng)力差等3參數(shù)相結(jié)合，確定在不同儲集層條件下，形成不同裂縫形態(tài)所需要的條件。圖3中分為4個壓裂改造區(qū)域，分別為常規(guī)分段、細分切割、分支縫和縫網(wǎng)區(qū)域。在需要復(fù)雜裂縫，但受工程技術(shù)水平限制無法實現(xiàn)所需裂縫形態(tài)的區(qū)域，是科技進步需要進一步努力和解決的問題，即技術(shù)進步的空間。改造圖版在鄂爾多斯、松遼、渤海灣、四川等盆地應(yīng)用，指導(dǎo)了每年千余口井的壓裂改造。提出四川龍馬溪組頁巖儲集層天然裂縫發(fā)育、脆性地層壓裂的裂縫形態(tài)應(yīng)以縫網(wǎng)系統(tǒng)為主，在設(shè)計和實施時主要考慮提高縫網(wǎng)中裂縫的復(fù)雜化程度；松遼盆地扶余油層天然裂縫不發(fā)育，壓裂裂縫形態(tài)主要以雙翼對稱裂縫形態(tài)為主，壓裂設(shè)計時主要考慮細分切割改造技術(shù)。

圖3 不同巖性類型“四參數(shù)”人工壓裂改造圖版

3.3.2 體積改造造縫技術(shù)

該技術(shù)由單井人工智能造縫、鉆井-完井-改造一體化造縫和井群“工廠化”壓裂3部分組成。

單井人工智能造縫技術(shù)，是將人工裂縫精細改造[31]與智能材料結(jié)合實現(xiàn)人工智能造縫。目前形成兩種人工裂縫精細改造技術(shù)：一種是以“快鉆橋塞組合分簇射孔”為主的細分切割改造方式，主要針對不利于形成復(fù)雜裂縫的致密油儲集層，通過分段多簇壓裂，實現(xiàn)細分切割儲集層改造；第二種是復(fù)雜裂縫壓裂改造方式，主要針對天然裂縫發(fā)育的脆性儲集層，采用大排量、暫堵轉(zhuǎn)向等方式，通過水平井裂縫間距優(yōu)化形成復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，在不同特征儲集層的縫端、縫內(nèi)、縫口加入多種儲集層改造智能材料體系，改變儲集層巖石潤濕性，實現(xiàn)定點位置的人工裂縫轉(zhuǎn)向。

傳統(tǒng)單純從工程角度出發(fā)的壓裂設(shè)計已無法滿足低滲透及非常規(guī)油氣地質(zhì)、油藏與工程一體化的需求，必須進行鉆井-完井-改造一體化造縫，要求設(shè)計人工裂縫與油氣藏有機匹配。目前采用“逆向設(shè)計、正向?qū)嵤蹦Ｊ酵瓿?。逆向設(shè)計是從體積改造技術(shù)逆向追溯選擇改造工具、完井方式、鉆井方式和井型設(shè)計的路徑進行選擇，正向?qū)嵤閺木驮O(shè)計、鉆井方式、完井方式、改造工具到壓裂施工的路徑進行。它改變了以往油氣井依靠自然能量、鉆井在前、改造在后的工程實施工作流程，實現(xiàn)了人工化改造為主的新思路，有利于選擇地下最優(yōu)儲集層裂縫改造技術(shù)，通過最佳鉆完井方案和采用大平臺井組鉆井最后精準控制地下“人工油氣藏”人工裂縫系統(tǒng)。

井群“工廠化”壓裂技術(shù)，主要考慮井間作用，實施整體區(qū)塊的差異化井群壓裂改造。目前現(xiàn)場有兩種井組工廠化壓裂技術(shù)。一是多井同步壓裂，充分利用井間應(yīng)力干擾和應(yīng)力改向，促使水力裂縫擴展過程中相互作用，增加水力裂縫改造體積，獲得連通多井井群式的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。二是拉鏈式壓裂，主要是將兩口平行、距離較近的水平井井口連接，共用一套壓裂車組進行24 h不間斷的交替分段壓裂，在對一口井壓裂的同時，對另一口井實施分段、射孔作業(yè)。該技術(shù)可實現(xiàn)任意段數(shù)的壓裂，段與段之間的等候時間在2～3 h，作業(yè)效率提高3倍以上。新疆吉木薩爾凹陷致密油單井壓裂水平段長1 300 m，單井總砂量1 300 m3，總液量16 000 m3，采用1平臺4口水平井平均20段壓裂作業(yè)，施工效率提高3倍，單井有效壓裂體積達3 000×104m3，通過井組式壓裂儲集層改造的范圍大幅度增加。

3.3.3 裂縫體系有效性評價技術(shù)

裂縫體系有效性評價關(guān)系到“人工油氣藏”是否科學(xué)建成并影響后續(xù)開發(fā)，是“人工油氣藏”滲吸置換與能量補充開采技術(shù)的基礎(chǔ)。目前主要綜合利用微地震監(jiān)測、微形變和示蹤劑等技術(shù)，分析壓裂裂縫體系的復(fù)雜程度，確定地下真實壓裂裂縫體系。微地震監(jiān)測技術(shù)分析由壓裂誘發(fā)的巖石破裂或錯動產(chǎn)生的微地震信號。通過微地震資料評價來監(jiān)測巖石破裂，從而確定水力裂縫空間發(fā)育情況。該技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測裂縫長度、高度和方位，并常用來評估儲集層改造體積。微形變技術(shù)是利用水力裂縫張開引起的儲集層變形，通過部署在地面和井下的高靈敏度設(shè)備監(jiān)測水力裂縫誘發(fā)的變形場梯度，經(jīng)過反演獲得裂縫參數(shù)。示蹤劑技術(shù)是通過壓裂時注入示蹤劑，對比注入前后裂縫高度或進液段長度的測量結(jié)果，來確定裂縫參數(shù)，主要獲得井筒周圍裂縫高度、寬度、方位和傾角。在此基礎(chǔ)上，利用人工裂縫反演和數(shù)值模擬等技術(shù)，建立能夠反映地下實際情況的壓裂裂縫體系模型。根據(jù)該模型，可以評價體積改造的有效性、預(yù)測油氣生產(chǎn)動態(tài)和補充能量開發(fā)方式。

3.4 滲吸置換與能量補充開采技術(shù)

滲吸置換和能量補充開采技術(shù)是大幅度提高“人工油氣藏”開發(fā)效果的關(guān)鍵。

3.4.1 滲吸置換開采技術(shù)

儲集層潤濕性的評價是滲吸置換開采技術(shù)的基礎(chǔ)。低滲及非常規(guī)油氣藏儲集層特點是儲集層礦物成分的復(fù)雜性及其分布的隨機性。這就決定了巖石孔隙表面的潤濕性是不均勻的。據(jù)此提出了混合潤濕概念，并利用核磁共振技術(shù)建立了低滲及非常規(guī)油氣藏混合潤濕性測試方法。研究認為：低滲透及非常規(guī)油氣儲集層多為混合潤濕性，即在儲集層中有一部分為親水儲集層，另一部分為親油儲集層。如果親水部分大于親油部分，則儲集層總體呈現(xiàn)為親水性；如果親油部分大于親水部分，則儲集層總體呈現(xiàn)為親油性。研究表明中國典型致密油區(qū)總體潤濕性多為弱親水或弱親油。根據(jù)儲集層的混合潤濕性特點，用注入表面活性劑或納米材料來改變儲集層的潤濕性，將親油界面轉(zhuǎn)變成親水界面來大幅度提高“人工油氣藏”置換驅(qū)油速度和效率。研發(fā)的新型壓裂液體系通過疏水締合作用吸附于原油表面使巖心變?yōu)樗疂駹顟B(tài)；與原油形成離子對將原油增溶到表面活性劑膠束內(nèi)，使原油剝離巖面降低油水界面張力，使得更多的原油成為可動油，從而提高原油的采收率。該體系在滲吸實驗時，巖心滲吸效率達到67.3%，比常規(guī)滲吸效率高出10個百分點。

滲吸置換技術(shù)貫穿于“人工油氣藏”開發(fā)全生命周期，在壓裂液蓄能開發(fā)和補充能量開發(fā)過程中起著重要作用。致密油壓裂液滲吸置換的采油過程如圖4所示。

圖4 壓裂液滲吸置換采油4個連續(xù)過程

壓裂液滲吸置換技術(shù)包括壓裂液注入、燜井、返排3個階段和4個生產(chǎn)過程。在注入和燜井階段中滲吸置換和驅(qū)替起主導(dǎo)作用，主要包含滲吸置換和縫間、段間驅(qū)替兩個過程。在滲吸置換過程中（見圖4a），由于致密油儲集層具有微納米級喉道，孔喉半徑小，引起的毛細管力大，在體積壓裂注入大量壓裂液形成復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的同時，通過注入壓裂液體系改變巖石的潤濕性，使巖石由親油逐漸轉(zhuǎn)變成親水，實現(xiàn)潤濕反轉(zhuǎn)。通過毛細管力引起滲吸效應(yīng)，實現(xiàn)油與壓裂液的滲吸置換作用，即將基質(zhì)巖塊內(nèi)的油置換到人工裂縫系統(tǒng)，而把壓裂液置換到基質(zhì)系統(tǒng)。在縫間、段間驅(qū)替過程中（見圖4b），由于儲集層非均質(zhì)特點，壓裂液向裂縫和基質(zhì)推進時，在不同壓裂段間的流動存在流動壓差和非均勻驅(qū)替，從而導(dǎo)致不同人工裂縫間和改造段間的相互驅(qū)替，將基質(zhì)和裂縫中的油驅(qū)替出來，實現(xiàn)人工裂縫間的驅(qū)替作用。在返排階段，主要包含基質(zhì)和裂縫系統(tǒng)泄油2個過程（見圖4c和圖4d）。返排時，井筒和井口附近的人工裂縫系統(tǒng)壓力下降較快處于相對低壓區(qū)，而基質(zhì)和遠離井口端的微裂縫系統(tǒng)壓力下降慢處于相對高壓區(qū)，這些壓差導(dǎo)致了原油從基質(zhì)向微細分支裂縫、微細分支裂縫向人工壓裂縫、人工壓裂縫向井筒的滲流，將原油采出。通過大排量、大液量的滲吸置換，壓裂液不但補充了地層能量，而且還提高了采出程度。

實驗研究表明：對于不同滲透率級別的儲集層，隨著滲透率的降低，驅(qū)替采出程度降低，而滲吸采出程度明顯增加（見表1）。通過礦場實踐，研究確定儲集層潤濕性、人工裂縫開啟的接觸面積、礦化度、黏度、表面活性劑、pH值是6項影響壓裂液滲吸置換的主控因素。巖石越親水，滲吸效果越好，由強水濕、中等水濕、弱水濕到油濕，滲吸效果逐漸變差。同等條件下人工裂縫開啟的接觸面積越大，滲吸效果越好；通過改變壓裂液的礦化度、黏度、表面活性劑及pH值，可以提高滲吸作用效果。

表1 不同滲透性儲集層滲吸及驅(qū)替采出程度對比

結(jié)合中國典型致密油田巖心的滲透率、孔隙度、裂縫發(fā)育情況和儲集層巖石潤濕性特征，與物理模擬實驗成果及壓裂實踐相結(jié)合，給出了中國典型致密油儲集層滲吸置換技術(shù)決策模式（見表2）。該模式在準噶爾盆地瑪湖等區(qū)塊應(yīng)用49口井，增產(chǎn)改造效果顯著，壓后效果比常規(guī)技術(shù)提高2倍，為數(shù)十億噸低滲透及致密油儲量有效開發(fā)提供技術(shù)保障。

表2 中國典型致密油儲集層滲吸置換改造技術(shù)體系

3.4.2 能量補充技術(shù)

“人工油氣藏”經(jīng)過壓裂液補充能量、注水吞吐或注氣吞吐、持續(xù)補充能量采油3個階段，可大幅提高“人工油氣藏”開發(fā)效果。第1階段為體積壓裂改造后，壓裂液補充能量階段。在對鄂爾多斯盆地致密油體積壓裂過程中，大量壓裂液的注入增加了近井地層壓力。西峰油田西233區(qū)塊YP1井地層壓力增加了2.4 MPa，改善了近井地帶的滲流環(huán)境。第2階段為注水吞吐或注氣吞吐采油階段。當壓裂液不能較好補充地層能量時，需要外界進行能量補充。致密油儲集層由于微納米級孔喉發(fā)育，用傳統(tǒng)注采井網(wǎng)難以建立有效驅(qū)替壓力體系，因而提出了“人工油氣藏”注水吞吐或注氣吞吐來進行能量補充的開發(fā)方式。高壓大模型物理模擬實驗結(jié)果表明：注水吞吐或注氣吞吐可以有效提高致密油的開發(fā)效果，注氣（CO2）吞吐的采收率為21.5%，比彈性驅(qū)采收率高12.5個百分點。第3階段為持續(xù)補充能量采油階段。當注入流體吞吐采油經(jīng)過多輪次后，吞吐效果變差，而此時儲集層經(jīng)過多輪次吞吐后，儲集層滲流阻力降低，通過補打加密井，建立有效驅(qū)動的注采井網(wǎng)體系，進行持續(xù)補充能量采油。目前鄂爾多斯盆地典型致密油區(qū)應(yīng)用壓裂液補充能量和注水吞吐補充能量技術(shù)，取得較好應(yīng)用效果。

3.5 基于云計算的“人工油氣藏”智能管理技術(shù)

基于云計算[32-36]的“人工油氣藏”智能管理技術(shù)方法，統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理大量油田計算資源和外部信息資源，形成集勘探-開發(fā)-工程-生產(chǎn)為一體的油田信息智能系統(tǒng)，為油氣藏開發(fā)提供管理手段和科學(xué)決策依據(jù)。該技術(shù)充分利用“人工油氣藏”的信息化資源，高效分析油氣田內(nèi)外部數(shù)據(jù)，引入專家診斷，實時監(jiān)測油氣田生產(chǎn)狀態(tài)，優(yōu)化生產(chǎn)開發(fā)方案，實現(xiàn)資源的高效配置，大幅度降低企業(yè)成本?？筛鶕?jù)油田目前基礎(chǔ)設(shè)施及系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建“人工油氣藏”的混合云，即基礎(chǔ)設(shè)施云、功能服務(wù)云和業(yè)務(wù)應(yīng)用云，實現(xiàn)油氣田智慧開發(fā)。

基礎(chǔ)設(shè)施云以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合油田內(nèi)部生產(chǎn)數(shù)據(jù)和外部油價數(shù)據(jù)，使用大量信息采集設(shè)備和傳輸設(shè)備，集中油田各處的分散資源，有機結(jié)合油田產(chǎn)量控制與油價波動，高效調(diào)動生產(chǎn)資料?；A(chǔ)設(shè)施云負責(zé)采集傳輸兩部分數(shù)據(jù)：一部分為內(nèi)部因素數(shù)據(jù)，以油田儲集層物性參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)為主，關(guān)系油氣藏開發(fā)的難易程度；另一部分為外部因素數(shù)據(jù)，以原油價格和開采成本為主，關(guān)系油氣藏開發(fā)的經(jīng)濟效益。

功能服務(wù)云提供油氣藏有效經(jīng)營管理服務(wù)，通過儲集層分類評價和經(jīng)濟評價形成開發(fā)方案庫，建立海量數(shù)據(jù)與開發(fā)方式的聯(lián)系，數(shù)字化油氣田儲集層特征和生產(chǎn)過程。利用油氣井生產(chǎn)參數(shù)反饋開發(fā)方案效果，比對方案庫方案，傳遞最優(yōu)方案給業(yè)務(wù)應(yīng)用云，輔助決策生產(chǎn)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用云直接面向油田生產(chǎn)者，利用通信終端設(shè)備訪問智能開發(fā)管理系統(tǒng)。用戶只需登錄油田局域網(wǎng)即可獲取云平臺的資源，包括油田數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)狀況監(jiān)控、開發(fā)方案制定等，實現(xiàn)各地各級專家對系統(tǒng)的管理與升級，結(jié)合評價系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整開發(fā)方案。

4 工業(yè)試驗成效及展望

預(yù)測21世紀石油工業(yè)可能將經(jīng)歷3次工業(yè)革命：2010年前后的頁巖氣革命、2030年前后的頁巖油革命、2050年前后的天然氣水合物革命。3次革命可能將是“人工油氣藏”理論技術(shù)實踐的典范。如圖2所示，頁巖氣已依托水平井體積壓裂技術(shù)，實現(xiàn)平臺式“工廠化”井群開發(fā)；頁巖油可能將依托“地下電加熱輕質(zhì)化”等技術(shù)，使黏稠液態(tài)烴輕質(zhì)化、殘余干酪根再轉(zhuǎn)化，形成更多的新生液態(tài)烴，同時伴生形成新的地下縫網(wǎng)系統(tǒng)、超壓環(huán)境，大幅提高石油采收率，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟開采，相當于“地下煉油廠”；天然氣水合物將通過升溫降壓形成“人工氣藏”，也可能實現(xiàn)規(guī)模安全開采。

“人工油氣藏”技術(shù)是一項勘探-開發(fā)-工程-生產(chǎn)-信息一體化集成技術(shù)系統(tǒng)，探索了大規(guī)模注液、能量補充和滲吸置換壓裂的工業(yè)化試驗，在國內(nèi)致密油、頁巖氣等5大區(qū)塊開展235井次先導(dǎo)性試驗，致密油的開采效果比以往常規(guī)技術(shù)提高了2倍，頁巖氣實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，展示出良好應(yīng)用前景，有望成為未來低滲、特低滲及非常規(guī)油氣開發(fā)革命性理念和技術(shù)。

例如，在準噶爾盆地瑪湖億噸級儲量油田，儲集層以砂礫巖為主，埋深3 750～3 900 m，厚度3.4～23.0 m，平均孔隙度9.8%，壓力系數(shù)1.6～1.8，儲集層低孔、低滲特征明顯，壓前無自然產(chǎn)能，均需壓裂改造提高單井產(chǎn)量。前期采用直井注水井網(wǎng)的開發(fā)模式，但壓裂后單井產(chǎn)量只有5 m3/d，壓力衰竭快，有效期短（180 d），注水壓力高、效果差，直井注水開發(fā)模式經(jīng)濟效益有限。2015年以來，探索應(yīng)用“人工油氣藏”開發(fā)新理念，采用“地質(zhì)甜點、工程甜點”一體化，逆向設(shè)計技術(shù)布井、一個平臺布置4口水平井，優(yōu)化水平井井間距300 m，進行大規(guī)?？焖僮⑷耄瑢崿F(xiàn)井間能量補充，水平井長度增加到2 000 m，改造段數(shù)由以往5～10段增加到10～20段，大規(guī)模、細切割、能量補充壓裂后，注入液量比以往高1倍，壓力降低速度減小33%，同期返排率降低20%，實現(xiàn)了液體對地層能量的有效補充，累計產(chǎn)量提高10%～20%，水平井日產(chǎn)原油最高達到104 t，是以往同類井的2～3倍。滲吸置換驅(qū)油壓裂技術(shù)在同等地質(zhì)條件下、同等規(guī)模下，隨著驅(qū)油劑與地層微細喉道中油的置換，壓力比鄰井更趨于平穩(wěn)，同時累計產(chǎn)量有所增加，說明采用驅(qū)油壓裂利于地層能量和產(chǎn)量的提高，為探索新模式提供依據(jù)。目前正開展水平井井間驅(qū)替、井間能量補充、多場變化研究，積極探索采用水平井井群式開發(fā)模式，采出程度可達15%，高于同類儲集層5%～8%，將為“人工油氣藏”開發(fā)新理念提供重要的示范意義。

在四川盆地海相頁巖氣工業(yè)化試驗中，已具備3 500 m以淺頁巖氣體積壓裂核心技術(shù)，形成“選準甜點區(qū)、打進甜點段、壓開甜點層”技術(shù)系列，初步建立“人工造藏”理論技術(shù)支撐的井位部署-鉆井-完井-壓裂-開采的頁巖氣一體化開發(fā)系統(tǒng)。截至目前，在四川盆地五峰組—龍馬溪組探明天然氣地質(zhì)儲量5 441×108m3，鉆水平井450口，投產(chǎn)井384口，單井日產(chǎn)（12～33）×104m3/d，建成產(chǎn)能107×108m3，年產(chǎn)量達近80× 108m3，累計生產(chǎn)120×108m3。預(yù)測單井最終采出量為（0.8～1.6）×108m3。其中，中國石油頁巖氣共完成107口水平井的部署、完井、改造和生產(chǎn)。水平段長度769～1 800 m，分壓段間距62～92 m，簇間距20～30 m，施工排量7.0～15.2 m3/min，平均單段液量1 891 m3，平均單段砂量93.4 t，平均砂液比3.1%，單井最大液量51 607 m3，單井最大加砂量2 792 t，形成了一個平臺多口井的壓裂改造方式，增產(chǎn)改造效果顯著，壓后平均測試產(chǎn)量15.69×104m3/d，實現(xiàn)了頁巖氣的商業(yè)化開發(fā)。

全球常規(guī)與非常規(guī)油氣資源比例大約為2∶8，未來非常規(guī)油氣將逐漸成為“人工油氣藏”開發(fā)的主體[37]。中國非常規(guī)油氣資源豐富，中國非常規(guī)石油地質(zhì)資源初步評價為（223～263）×108t，天然氣地質(zhì)資源量（890～1 260）×1012m3。中國非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進展迅速。目前致密油氣水平井規(guī)模壓裂、頁巖氣3 500 m以淺大平臺“工廠化”開采、800 m以淺煤層氣多井型開發(fā)、致密油氣水平井工業(yè)試驗等關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟。中國致密油氣及頁巖氣、煤層氣等基本實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展，非常規(guī)天然氣的產(chǎn)量已占整個天然氣30%以上，成為中國油氣勘探開發(fā)重要接替領(lǐng)域。同時，常規(guī)資源的剩余領(lǐng)域也同樣面臨資源品質(zhì)變差、品位變低，油氣動用難度加大等難題，也需要轉(zhuǎn)變開發(fā)理念和技術(shù)。因此“人工油氣藏”開發(fā)理論與技術(shù)，可能將為常規(guī)剩余低與特低滲透油氣、非常規(guī)油氣等資源開辟一條全新的開發(fā)技術(shù)路線。

5 結(jié)論

提出“人工油氣藏”開發(fā)概念和新理念，是以低滲透及非常規(guī)油氣為對象，以滲流場、應(yīng)力場、化學(xué)場、溫度場“四場”作用為機制，利用井群、體積壓裂和注入流體等人工措施，實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，大幅度提高低滲透及非常規(guī)油氣的采收率。

提出“人工油氣藏”開發(fā)理論內(nèi)涵、創(chuàng)建5套“人工油氣藏”開發(fā)技術(shù)體系，擬構(gòu)建未來智慧油氣田。

在國內(nèi)5大致密油、頁巖氣區(qū)開展235井次先導(dǎo)性試驗，致密油壓后開采效果比以往常規(guī)技術(shù)提高2倍，頁巖氣規(guī)模應(yīng)用實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，“人工油氣藏”開發(fā)展示出良好應(yīng)用前景。

理論技術(shù)創(chuàng)新是一項系統(tǒng)工程和長期過程?！叭斯び蜌獠亍崩砟?、理論和技術(shù)研究的時間較短，需要持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展，如有不妥之處，希望讀者批評指正。

致謝：“人工油氣藏”理論技術(shù)創(chuàng)新工程是中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院團隊集體創(chuàng)新的重要成果之一，在攻關(guān)研究中還有劉學(xué)偉、熊生春、何英、李海波、張亞蒲、崔偉香等參與了工作，在此一并表示感謝。

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（編輯 許懷先 胡葦瑋）

Concept,technology and practice of “man-made reservoirs” development

ZOU Caineng1,2,DING Yunhong2,LU Yongjun2,LIU Xiangui2,CHEN Jianjun2,WANG Xin2,YANG Zhengming2,CAI Bo2,YANG Zhi1,HE Chunming2,WANG Zhen2,LUO Yutian2
(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development,Beijing 100083,China; 2.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development - Langfang Branch,Langfang 065007,China)

Oil and gas resources in low permeability and unconventional reservoirs are playing more and more important role in global energy supply,and are confronted with pressing problems in hard development,quick production decline,low recovery efficiency and high exploitation cost.Therefore,new development concept “man-made reservoirs” and a complete set of techniques and methods are proposed.With “sweet spots” as units,an integrated way of fracturing,injection and recovery is presented for the low permeability oil and gas resources to reconstruct the underground seepage field and petroleum output system and finally to realize enhancement of the recovery efficiency.Well-group development,fracturing and targeted fluid injection are applied to change the underground seepage field,supplement the formation energy,and form “man-made high permeability area” and “reconstructed seepage field”.By integration of information technology including big data,cloud computing,artificial intelligence etc.,an integrated information management platform of “man-made reservoirs” including geology,development,production,management and decision has been set up,and large-scale,effective and sustainable development of this kind of resources are realized.Five series techniques are developed including 3D seismic geological evaluation for sweet spot area,well-group platform development,intellectual volume fracture,imbibition displacement and energy complement development,and intellectual management development based on cloud computing for “man-made reservoir”.In China,five blocks of shale gas and tight oil have been tested 235 times,and the effect of tight oil fracturing and output was 2 times better than that before,has achieved business development and showed bright perspectives.

tight oil and gas; shale oil and gas; man-made reservoir; well cluster development; volume stimulation; imbibition displacement; enhanced recovery; intellectual development; big data; cloud computing; smart field

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）項目（2014CB239000）

TE3

：A

1000-0747(2017)01-0144-11

10.11698/PED.2017.01.18

鄒才能（1963-），男，重慶江北人，中國石油勘探開發(fā)研究院教授級高級工程師、博士生導(dǎo)師，李四光地質(zhì)科學(xué)獎獲得者，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、巖性地層油氣藏、天然氣等地質(zhì)理論技術(shù)研究及勘探生產(chǎn)實踐等工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院院辦，郵政編碼：100083。E-mail：zcn@petrochina.com.cn

2016-09-26

2016-11-30