雷群，翁定為, ，羅健輝，張建軍，李益良，王欣, ，管保山,

（1. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 國(guó)家能源致密油氣研發(fā)中心儲(chǔ)層改造部，河北廊坊 065007）

0 引言

油氣開采工程以將油氣從地層采至地面為目的，涵蓋機(jī)械采油、注水、生產(chǎn)測(cè)試、修井、防砂、儲(chǔ)集層改造、堵水調(diào)剖等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，其中每一個(gè)領(lǐng)域都是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及儲(chǔ)集層特征、油氣水性質(zhì)、井筒狀態(tài)以及地面設(shè)備條件等多個(gè)方面。油氣開采工程是油氣田生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在油田儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)、產(chǎn)能建設(shè)和提高采收率等各個(gè)階段都發(fā)揮著重要的作用。近年來，中國(guó)石油通過技術(shù)的不斷創(chuàng)新，支撐了油氣開采工程核心技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。主要體現(xiàn)在技術(shù)能力水平持續(xù)提升，動(dòng)用的儲(chǔ)量品位不斷降低，生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)明顯改善，針對(duì)不同類型的油氣田已形成成熟適用的油氣開采方式，并研發(fā)推廣了一大批先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，成功開展了多項(xiàng)重大試驗(yàn)攻關(guān)，取得良好效果。

目前，中國(guó)石油已動(dòng)用油氣資源主要有以下 3種類型[1]：①以大慶油田為代表的中高滲油田，是已開發(fā)油田動(dòng)用儲(chǔ)量的主體，產(chǎn)量占比約為 50%。目前中高滲油田已經(jīng)全面進(jìn)入特高含水期，綜合含水超過90%，可采儲(chǔ)量采出程度已經(jīng)超過 85%，可提高采收率的幅度下降，增加可采儲(chǔ)量難度增大；②以長(zhǎng)慶油田為代表的低滲透油田，該類油田占新增儲(chǔ)量的2/3以上，產(chǎn)量占比超過1/3。目前低滲透油田采出程度較低，但含水上升快，產(chǎn)量遞減幅度大，已進(jìn)入中高含水階段，提高采收率難度大；③以致密油氣和頁(yè)巖氣為代表的非常規(guī)油氣資源[2-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)非常規(guī)資源極其豐富，致密（頁(yè)巖）油、致密氣和頁(yè)巖氣可采資源量分別為 55×108t、12×1012m3和 22×1012m3，分別占全球可采資源量的9.7%、5.7%和4.8%，大力發(fā)展非常規(guī)油氣成為中國(guó)油氣工業(yè)必然的戰(zhàn)略選擇。近年來中國(guó)非常規(guī)油氣取得較大進(jìn)展，但由于中國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜，非常規(guī)油氣富集規(guī)律不清，“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)難度大，尋找規(guī)模有效儲(chǔ)量面臨挑戰(zhàn)；同時(shí)由于資源品質(zhì)差，單井累計(jì)產(chǎn)量低，單井控制可采儲(chǔ)量小，采收率低，難以實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)。

預(yù)測(cè)“十三五”期間甚至更長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，油氣田深度開發(fā)、資源劣質(zhì)化將進(jìn)一步加劇，國(guó)家安全環(huán)保要求越來越嚴(yán)格；與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)油氣對(duì)外依存度不斷上升，國(guó)家能源安全受到較大挑戰(zhàn)，為此中國(guó)石油上游業(yè)務(wù)必須堅(jiān)定不移地走低成本發(fā)展道路，必須全方位、全過程、全要素降本增效。美國(guó)非常規(guī)油氣的發(fā)展主要依靠技術(shù)進(jìn)步及管理創(chuàng)新，特別是鉆井、壓裂等工程技術(shù)的進(jìn)步，非常規(guī)油氣開發(fā)成本不斷下降，2017年實(shí)現(xiàn)了原油年產(chǎn)量4.8×108t，天然氣總產(chǎn)量 9 400×108m3，其中非常規(guī)油、氣的占比分別達(dá)到53.7%和54.5%。目前中國(guó)石油非常規(guī)天然氣產(chǎn)量占比約為30%，非常規(guī)致密油產(chǎn)量占比低于2%，因此中國(guó)石油必須加強(qiáng)油氣開采工程技術(shù)攻關(guān)，增強(qiáng)提質(zhì)增效能力，以實(shí)現(xiàn)中國(guó)石油“原油穩(wěn)產(chǎn)一億噸、天然氣快速上產(chǎn)”的發(fā)展要求，開拓油氣田開發(fā)創(chuàng)新發(fā)展的新局面。本文通過全面回顧梳理近年來中國(guó)石油油氣田開采工程技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行系統(tǒng)分析、總結(jié)，明確現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、取得的成果和存在的不足，展望下一步發(fā)展趨勢(shì)并提出技術(shù)研發(fā)方向。

1 油氣開采工程技術(shù)成效

中國(guó)石油油氣開采工程技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用成效主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

1.1 采油采氣系統(tǒng)效率提高

截至 2016年底，中國(guó)石油油井總數(shù)超過 20×104口，開井率 72%，平均單井產(chǎn)量約為 1.7 t/d，其中機(jī)采井占比約 94%。經(jīng)多年的持續(xù)攻關(guān)，采油采氣系統(tǒng)效率不斷提高，具體表現(xiàn)為：①抽油機(jī)井系統(tǒng)效率和檢泵周期逐年上升，平均系統(tǒng)效率達(dá)到24.3%，平均檢泵周期780 d；②形成了抽油機(jī)、螺桿泵、電泵、氣舉4種主體舉升技術(shù)，同時(shí)近年來開發(fā)的無桿舉升新技術(shù)在叢式井、大斜度井上得到小批量應(yīng)用，基本滿足了采油需求；③開發(fā)了異型機(jī)、塔式機(jī)、節(jié)能電機(jī)、節(jié)能控制柜和采油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工程軟件，為節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用[4]。

中國(guó)石油2016年底投產(chǎn)氣井近20 000口，開井率77.2%，單井日產(chǎn)氣約2×104m3。主要形成了管柱優(yōu)化、井下節(jié)流、水合物防治、泡沫排水采氣、中低壓集氣、三高氣井完整性評(píng)價(jià)等配套技術(shù)，支撐了天然氣的穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)。

1.2 體積改造技術(shù)支撐非常規(guī)資源的規(guī)模建產(chǎn)

截至2016年底，累計(jì)實(shí)施水平井改造5 563口，改造最大水平段長(zhǎng)度3 056 m，最大分段數(shù)45段，最大液量8.8×104m3，最大砂量4 402 m3，平均單井日產(chǎn)量約為直井的3.9倍。

國(guó)內(nèi)水平井分段壓裂技術(shù)降低作業(yè)成本 50%～80%，依靠技術(shù)進(jìn)步，大幅度降低了有效動(dòng)用儲(chǔ)集層滲透率下限，頁(yè)巖氣、致密油氣等非常規(guī)油氣資源得以有效動(dòng)用。如長(zhǎng)慶油田2000年左右開發(fā)的特低滲透油田主力油層滲透率為1.98×10-3μm2，至目前致密油有效動(dòng)用儲(chǔ)集層滲透率下限已降低到0.17×10-3μm2。

頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層滲透率基本為1×10-9μm2級(jí)別，通過不斷攻關(guān)，已得到有效開發(fā)，目前中國(guó)石油已建成長(zhǎng)寧、昭通、威遠(yuǎn)3個(gè)頁(yè)巖氣示范區(qū)，年產(chǎn)氣30×108m3。

1.3 注水實(shí)現(xiàn)分層精細(xì)化控制

截至2016年底，中國(guó)石油注水井約9×104口，分注率達(dá)到 61%：①以橋式偏心和電纜直讀測(cè)調(diào)為主的第3代分注技術(shù)，應(yīng)用井?dāng)?shù)超過4×104口，分注層數(shù)以2～3段為主，占總分注井的62%；②以連續(xù)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)測(cè)控為核心的第 4代分層注水技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得成功。大慶、長(zhǎng)慶油田含水上升速度明顯下降，水驅(qū)動(dòng)用程度明顯提高，水驅(qū)開發(fā)效果進(jìn)一步改善。

2 油氣開采工程關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展

經(jīng)過多年的持續(xù)攻關(guān)與發(fā)展，中國(guó)石油在油氣開采工程技術(shù)方面形成了一系列特色關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 采油采氣生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化與決策平臺(tái)[5-7]

互聯(lián)網(wǎng)+采油氣工程優(yōu)化決策是技術(shù)發(fā)展的必然，“十一五”以來，通過持續(xù)攻關(guān)，突破了油氣井3D力學(xué)仿真、大數(shù)據(jù)智能工況分析等核心技術(shù)，開發(fā)出大型采油氣工程網(wǎng)絡(luò)軟件PetroPE，實(shí)現(xiàn)了油氣井生產(chǎn)實(shí)時(shí)在線優(yōu)化和遠(yuǎn)程快速管理，已在中國(guó)石油 8個(gè)油田推廣應(yīng)用，成為油田生產(chǎn)降本增效的重要技術(shù)手段。

該平臺(tái)具有室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)版與實(shí)時(shí)手機(jī)版，具有十大功能，適應(yīng)國(guó)內(nèi)設(shè)備，滿足常規(guī)油氣藏直井、斜井、水平井等各種油氣井主體舉升工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)、診斷與決策，可以與中國(guó)石油數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)鏈接，聯(lián)網(wǎng)即用，打破數(shù)據(jù)孤島與應(yīng)用壁壘，便于技術(shù)規(guī)模普及應(yīng)用。

手機(jī)版建立了適應(yīng)移動(dòng)智能終端優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)的安全機(jī)制，將技術(shù)支持從室內(nèi)轉(zhuǎn)向油田現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行油井實(shí)時(shí)診斷優(yōu)化處理，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、管柱結(jié)構(gòu)、抽油機(jī)工況診斷等貼身技術(shù)支持，同時(shí)也為油氣井物聯(lián)網(wǎng)分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘增添新手段。

目前網(wǎng)絡(luò)版已推廣應(yīng)用超過4×104井次，平均提高系統(tǒng)效率2.52%，年節(jié)電超過1.6×108kW·h，減少碳排放 12.56×104t；手機(jī)版已在大慶、吉林等油田應(yīng)用800多套。該軟件平臺(tái)大幅度提高油氣井生產(chǎn)效率和精細(xì)化管理水平。

2.2 納米粒子泡沫排水采氣工藝技術(shù)

目前，中國(guó)石油4大氣區(qū)產(chǎn)水井?dāng)?shù)8 200口，占比61.6%，為解決含水氣井穩(wěn)產(chǎn)問題，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，合成出一種具有雙親水基和雙親油基結(jié)構(gòu)的表面活性劑（Gemini），大幅提高表面活性劑的起泡性；同時(shí)，通過接枝和修飾發(fā)明了一種納米顆粒穩(wěn)泡劑，在水溶液中締合形成特殊結(jié)構(gòu)的囊泡，大幅度提高體系的泡沫穩(wěn)定性[8]。Gemini發(fā)泡劑+納米顆粒穩(wěn)泡劑形成了耐高溫/高礦化度/高酸性和高凝析油等2類5種體系納米粒子泡排劑，并配套形成了多因素氣井積液診斷、井底積液定量預(yù)測(cè)、氣井排液采氣分析設(shè)計(jì)決策等技術(shù)并開發(fā)出相應(yīng)軟件。近兩年在大慶、長(zhǎng)慶、西南 3個(gè)氣區(qū)開展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用81口，共2 991井次，平均單井日增氣5 200 m3，增幅151%，綜合成本降低40%以上，取得了良好的降本增效效果。

2.3 水平井體積改造技術(shù)

針對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)集層開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)，建立了水平井體積改造理念并發(fā)展了相關(guān)技術(shù)，追求“打碎”儲(chǔ)集層，形成復(fù)雜裂縫（見圖1），使得儲(chǔ)集層與裂縫接觸面積最大，油氣滲流距離最短，流動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)壓差最小[9-11]。

圖1 非常規(guī)儲(chǔ)集層形成復(fù)雜裂縫示意圖

以體積改造技術(shù)理論為指導(dǎo)，發(fā)展了橋塞、套管固井滑套 2項(xiàng)水平井體積改造主體工藝技術(shù)，并配套形成了體積改造設(shè)計(jì)理論、壓裂液體系與裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，助推中國(guó)石油水平井改造技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)資源規(guī)模建產(chǎn)。主要?jiǎng)?chuàng)新成果有：①建立了裂縫起裂與擴(kuò)展的大型物模模擬方法，揭示裂縫擴(kuò)展機(jī)理。建立了考慮儲(chǔ)集層脆性、滲透率、應(yīng)力差的改造模式優(yōu)化方法。綜合以上兩方面的技術(shù)方法，形成非常規(guī)儲(chǔ)集層壓裂設(shè)計(jì)方法和提高裂縫復(fù)雜程度改造技術(shù)，有效指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用；②形成超低濃度瓜膠和低黏滑溜水壓裂液，突破國(guó)外瓜膠交聯(lián)下限（濃度由0.3%降到0.12%），用量降低35%?；锼酿ざ刃∮诘扔?.0 mPa·s，減阻率大于等于70%，大幅度降低了壓裂液對(duì)儲(chǔ)集層的傷害及壓裂成本；③研發(fā)了可溶橋塞分段壓裂工具（見圖2），其主體采用高強(qiáng)度可溶金屬，抗壓強(qiáng)度可達(dá) 550 MPa，膠筒采用可溶高分子材料，輔助仿生表面織構(gòu)和涂層技術(shù)，完全溶解時(shí)間小于15 d?？扇軜蛉哂袎毫押笞孕腥芙?、無需鉆塞、作業(yè)費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)低、投產(chǎn)快等諸多優(yōu)點(diǎn)。2016年，在威遠(yuǎn)204H11平臺(tái)率先完成頁(yè)巖氣全井可溶橋塞壓裂，最高26段，最高泵壓達(dá)86 MPa，壓后平均日產(chǎn)氣達(dá)到27×104m3。截至2017年底，可溶橋塞已在西南、大慶等6個(gè)油氣田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用300多段，節(jié)省施工費(fèi)用超過 1 500×104元。

2.4 第4代分層注水技術(shù)

第 4代分層注水技術(shù)將壓力、流量傳感器和流量控制系統(tǒng)長(zhǎng)期置于井下，實(shí)現(xiàn)注水全過程分層壓力、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分層配注量的自動(dòng)測(cè)調(diào)，地面與井下的通訊通過有纜或者無纜的方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)不同井型和井深適應(yīng)性強(qiáng)。通過注水井分層壓力和流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，第 4代分層注水技術(shù)能夠方便地實(shí)現(xiàn)注水方案優(yōu)化和實(shí)時(shí)調(diào)整，達(dá)到油藏、工程一體化，改善水驅(qū)開發(fā)效果[12]。目前中國(guó)石油已形成井下分層流量、壓力等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分層流量自動(dòng)測(cè)調(diào)，井下數(shù)據(jù)雙向傳輸與辦公室遠(yuǎn)程調(diào)控等 3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。截至2017年底，第4代分層注水技術(shù)推廣應(yīng)用130口井，最高層段達(dá)到7段，注水合格率始終保持在90%以上，同時(shí)節(jié)約了后期測(cè)試費(fèi)用，降低了綜合成本。

2.5 深部調(diào)驅(qū)技術(shù)

將儲(chǔ)集層非均質(zhì)性引起的水流優(yōu)勢(shì)通道進(jìn)行不同類型、不同級(jí)別的量化分級(jí)，并按次序一體化“堵、調(diào)、驅(qū)”，形成了儲(chǔ)集層非均質(zhì)分類分級(jí)調(diào)整的技術(shù)理念。進(jìn)而研發(fā)了具有柔性功能的封堵大孔道和調(diào)整次級(jí)通道的系列化學(xué)劑（高強(qiáng)彈性緩膨顆粒、柔性轉(zhuǎn)向劑、柔性微凝膠顆粒、本源無機(jī)凝膠等）；開發(fā)了油藏評(píng)價(jià)、工程一體化深部液流轉(zhuǎn)向與調(diào)驅(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，可實(shí)現(xiàn)調(diào)驅(qū)中的油藏評(píng)價(jià)、孔喉表征、優(yōu)勢(shì)通道描述、動(dòng)態(tài)跟蹤、優(yōu)化設(shè)計(jì)、效果評(píng)估等；形成了優(yōu)勢(shì)通道識(shí)別與分類分級(jí)量化、化學(xué)劑多段塞組合優(yōu)化設(shè)計(jì)及井組物理模擬、微米孔隙尺度調(diào)驅(qū)微觀滲流實(shí)驗(yàn)、分散相驅(qū)油數(shù)值模擬 4項(xiàng)配套技術(shù)[13-16]。深部調(diào)驅(qū)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 562井次，累增原油 73.4×104t，新增產(chǎn)值34.57×108元，降水 1 100×104m3，直接經(jīng)濟(jì)效益29.49×108元。新疆、遼河、華北等8個(gè)實(shí)施區(qū)塊經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，桶油操作成本降低10.2%～33.9%。

2.6 電潛直驅(qū)螺桿泵舉升技術(shù)

電潛直驅(qū)螺桿泵通過井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)量5～50 m3中等產(chǎn)量油井的無桿舉升。該技術(shù)采用潛油低速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵，無減速機(jī)構(gòu)，可靠性高，適用性好。電潛直驅(qū)螺桿泵舉升主要包括 4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：①井下低速大扭矩電機(jī)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速 50～500 r/min之間無級(jí)調(diào)速，適用于139.7 mm（5.5 in）和177.8 mm（7 in）套管的電機(jī)最大扭矩分別達(dá)到800 N·m和1 490 N·m；②直驅(qū)螺桿泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低扭矩高速運(yùn)行；③井下柔性傳動(dòng)技術(shù)；④遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)。電潛直驅(qū)螺桿泵舉升技術(shù)適用于斜井、水平井（新井中斜井、水平井占60%），可消除桿管偏磨，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、安全環(huán)保舉升?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用超過 100口井，平均泵效超過60%，檢泵周期超過500 d，相比同型抽油機(jī)節(jié)電30%以上。

3 面臨的主要問題與挑戰(zhàn)

隨著大部分油氣田開發(fā)進(jìn)入中后期，油氣資源的開采向低滲透、非常規(guī)、高含水、異常高壓、深層發(fā)展，油價(jià)中低位徘徊成為新常態(tài)，工程技術(shù)面臨著作業(yè)頻繁、單井產(chǎn)量低、成本居高不下、能耗巨大、安全環(huán)保的巨大挑戰(zhàn)。

3.1 劣質(zhì)化資源的有效動(dòng)用挑戰(zhàn)大

近年來，新增石油探明儲(chǔ)量以低滲透為主，品位變差。截至2016年底，中國(guó)石油累計(jì)探明石油儲(chǔ)量超過200×108t，其中低滲透探明儲(chǔ)量占比超過50%，且新增探明儲(chǔ)量中低滲儲(chǔ)量占比逐年增大（石油超過80%，天然氣超過90%）。與此同時(shí)，低油價(jià)持續(xù)，回報(bào)率下滑，效益開發(fā)挑戰(zhàn)更大，近年來中國(guó)石油原油操作成本上升，投資回報(bào)率呈下降趨勢(shì)，亟需攻關(guān)提高單井控制儲(chǔ)量的高效改造技術(shù)。

3.2 單井產(chǎn)量逐年降低，老油氣田穩(wěn)產(chǎn)難度大

大量低產(chǎn)低效井導(dǎo)致重復(fù)酸化壓裂工作量劇增，高效重復(fù)改造問題凸顯。目前正持續(xù)攻關(guān)高含水低產(chǎn)井的重復(fù)改造技術(shù)，隨著低產(chǎn)水平井?dāng)?shù)量逐年增加，水平井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和重復(fù)改造技術(shù)也急需突破。

3.3 “雙高”主力油田的效益開發(fā)技術(shù)儲(chǔ)備不足

目前，中國(guó)石油高含水和高自然遞減的“雙高”老油田仍然為生產(chǎn)主體，穩(wěn)產(chǎn)難度加大。2016年可采儲(chǔ)量采出程度 76.04%，綜合含水 89.22%；含水大于80%的老油田年產(chǎn)量超過5 000×104t，占比53.4%，自然遞減率9.39%，綜合遞減率5.15%。同時(shí)，老油田層間矛盾加劇，水驅(qū)開發(fā)無效循環(huán)嚴(yán)重，目前中國(guó)石油注水井分注率整體仍然偏低，已分注井層間矛盾加劇，測(cè)調(diào)合格率下降快，3個(gè)月合格率就下降到60%左右，分注不合格，無效循環(huán)更加嚴(yán)重，水驅(qū)效率大幅降低。如大慶油田噸油耗水由1991年的5 t上升到2015年的10 t。

此外，中國(guó)石油 94%的產(chǎn)量依靠機(jī)械方式采出，機(jī)采系統(tǒng)年耗電 180×108kW·h，占油田生產(chǎn)能耗的54%，抽油機(jī)井和螺桿泵井的系統(tǒng)效率分別只有 24%和 33%，效率偏低。此外，有桿采油方式在定向井、大斜度井中偏磨嚴(yán)重，進(jìn)一步增加了能耗。

油田進(jìn)入三次采油階段后，開采難度逐年增加。至2016年，大慶油田三次采油年產(chǎn)油量連續(xù)15年保持在1 000×104t以上，開采對(duì)象由Ⅰ類油層逐步轉(zhuǎn)向Ⅱ、Ⅲ類油層，化學(xué)驅(qū)難度逐步加大，效果逐漸變差。其中復(fù)合驅(qū)的年產(chǎn)油量已達(dá)406×104t，強(qiáng)堿復(fù)合體系易造成油層、管線、設(shè)備結(jié)垢，且采出液難以處理。

3.4 低成本鉆完井開發(fā)深層、非常規(guī)資源與北美差距大

中國(guó)鉆井速度和建井成本與北美相比差距大：①受泥漿泵、鉆井液體系等技術(shù)配套不完善影響，四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣井鉆井周期70～80 d，而北美頁(yè)巖氣井鉆井周期只有12～20 d；②鉆井周期長(zhǎng)導(dǎo)致建井成本高，水平段長(zhǎng)2 000 m的頁(yè)巖氣水平井，北美需3 000×104元，中國(guó)石油約為6 500×104元，為前者的2.17倍。

工廠化作業(yè)是非常規(guī)資源開發(fā)的必由之路，但目前中國(guó)石油距真正有效率的“井工廠”模式還有很大差距，與北美相比，平臺(tái)井?dāng)?shù)少、連續(xù)作業(yè)能力差、建井周期長(zhǎng)，制約“工廠化”效率發(fā)揮：①國(guó)內(nèi)單平臺(tái)控制井?dāng)?shù)較少（6～8口），不利于批量流水線作業(yè)提高效率；②受技術(shù)成熟度和施工水平制約，鉆井和壓裂過程中，處理井下復(fù)雜情況時(shí)無效作業(yè)（或等待）時(shí)間長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)平臺(tái)雙鉆機(jī)6口井模式，建井周期230～340 d，北美Apache公司單個(gè)平臺(tái)16口井，建井周期240～280 d。

4 下一步發(fā)展方向

4.1 針對(duì)資源品質(zhì)劣質(zhì)化，加強(qiáng)低成本技術(shù)集成應(yīng)用

以安全環(huán)保、質(zhì)量、效益為中心，以方案優(yōu)化設(shè)計(jì)為著力點(diǎn)，一區(qū)一策，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)適用技術(shù)篩選評(píng)價(jià)及綜合配套，通過井型和井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以及加強(qiáng)設(shè)備配套，強(qiáng)化工程技術(shù)參數(shù)和入井材料減量化使用等針對(duì)性技術(shù)攻關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)降本增效。

鉆井技術(shù)方面，主要是研發(fā)超長(zhǎng)水平井鉆井技術(shù)，保證非常規(guī)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層鉆遇率，延長(zhǎng)油、氣井生命周期。重點(diǎn)研究 3方面：①智能化鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向測(cè)控系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)；②納米鉆頭、高強(qiáng)輕質(zhì)特種合金鉆桿、高性能鉆完井液等關(guān)鍵鉆探工具和材料；③多層水平井立體井網(wǎng)、工程地質(zhì)一體化鉆井技術(shù)。

完井技術(shù)方面，采用“縫控儲(chǔ)量”壓裂技術(shù)改造致密儲(chǔ)集層，提升改造效果[17]。通過地質(zhì)工程一體化研究，明確裂縫在儲(chǔ)集層中的真實(shí)擴(kuò)展，優(yōu)化合理的布井方案和壓裂段長(zhǎng)、縫距。同時(shí)利用大規(guī)模功能性改造助推致密儲(chǔ)集層開發(fā)方式的轉(zhuǎn)變，在改造的同時(shí)實(shí)現(xiàn)“同井、同層、同步”補(bǔ)充地層能量和提高最終采收率，其主要技術(shù)手段為：①研發(fā)地質(zhì)工程一體化壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，通過裂縫系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)裂縫對(duì)低品位儲(chǔ)集層資源的最佳控制；②開發(fā)高效多功能壓裂液體系，最大限度發(fā)揮壓裂液的改造、儲(chǔ)能和滲吸置換作用；③現(xiàn)場(chǎng)施工中強(qiáng)調(diào)大規(guī)模低成本改造技術(shù)的應(yīng)用，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)初次完井、改造一次到位。

壓裂裝備能力保障方面，大幅提高壓裂裝備能力，短期內(nèi)快速增加國(guó)內(nèi)壓裂泵車的總水馬力。在技術(shù)研究方面：①提高目前現(xiàn)場(chǎng)主體應(yīng)用的2500型柴油動(dòng)力壓裂泵車性能，延長(zhǎng)管匯產(chǎn)品使用壽命，提升施工作業(yè)的安全性和可靠性；②研發(fā)成套電動(dòng)壓裂裝備，包括系列電動(dòng)壓裂泵裝備研發(fā)和供電系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、裝備配置、施工控制研究，提高施工效率，實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保降噪。

降低成本方面，通過推動(dòng)石英砂替代陶粒和簡(jiǎn)化壓裂液配方，實(shí)現(xiàn)大幅度降低材料成本（北美非常規(guī)油氣壓裂支撐劑的石英砂替代率高達(dá)69%～100%，國(guó)內(nèi)僅為20%～30%），并在降低成本的基礎(chǔ)上大幅度提高非常規(guī)儲(chǔ)集層中支撐劑的用量；同時(shí)建立系統(tǒng)完善的“工廠化”模式，實(shí)現(xiàn)鉆完井降本增效。具體舉措包括：①采用大平臺(tái)多井模式，開發(fā)方案超前運(yùn)行，實(shí)施多年規(guī)劃統(tǒng)一部署，確保鉆井、壓裂、返排液回收處理等作業(yè)全過程的連續(xù)性；②提升現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)水平和效率，保障無怠工連續(xù)作業(yè)；③研究無噪音鉆井與壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)作業(yè)，提高建井效率。

4.2 開展老油氣田穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用

①以機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化為著眼點(diǎn)，提高精細(xì)化管理水平和節(jié)能降耗潛力。具體包括：推進(jìn)油田數(shù)字化，加快采油采氣生產(chǎn)優(yōu)化決策平臺(tái)的普及應(yīng)用，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的集群效應(yīng)；研發(fā)大數(shù)據(jù)智能分析決策系統(tǒng)，數(shù)字化油井建設(shè)；瞄準(zhǔn)無桿高效節(jié)能方向，加快舉升裝備的研究試驗(yàn)與推廣；液壓系統(tǒng)的可靠性逐年提高，可大力發(fā)展液壓抽油機(jī)。

②以分層注水為重點(diǎn)，大力推廣應(yīng)用第 4代分層注水技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)油藏、工程一體化，提高水驅(qū)動(dòng)用程度。具體包括：建立分層注水的油藏地質(zhì)工程一體化平臺(tái)（見圖3），實(shí)現(xiàn)井下分層壓力、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析和數(shù)值模擬，“動(dòng)靜”結(jié)合，重構(gòu)儲(chǔ)集層地質(zhì)認(rèn)識(shí)；優(yōu)化注水方案，實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；分析評(píng)估注水效果，進(jìn)行分層參數(shù)再監(jiān)測(cè)和注水方案再優(yōu)化。

③以重復(fù)改造為重點(diǎn)，持續(xù)攻關(guān)，最大限度挖潛剩余油氣。通過研究剩余油與動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)空間變化關(guān)系和水平井重復(fù)壓裂技術(shù)，延緩致密油氣等非常規(guī)資源的產(chǎn)量遞減。

4.3 為未來發(fā)展做好超前技術(shù)儲(chǔ)備

為滿足中國(guó)石油未來油氣生產(chǎn)重大需求，應(yīng)對(duì)開發(fā)對(duì)象復(fù)雜化帶來的各種挑戰(zhàn)，開展具有前瞻性的 3項(xiàng)采油采氣工程技術(shù)研究，儲(chǔ)備未來發(fā)展動(dòng)力。

①井下油水分離同井注采技術(shù)攻關(guān)。針對(duì)含水大于 95%的特高含水井，能夠?qū)崿F(xiàn)井下油水分離，大幅度降低舉升、集輸、水處理能耗，降低開發(fā)成本。該技術(shù)具有以下典型特點(diǎn)：旋流器分離效率高，單級(jí)分離效率超過 98%；舉升、回注獨(dú)立調(diào)節(jié)，適應(yīng)性強(qiáng)；可以實(shí)現(xiàn)回注流量、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前該技術(shù)已在油田開展先導(dǎo)試驗(yàn)20口井，地面含水率平均下降了70%以上。

②納米驅(qū)油技術(shù)。目前低滲-超低滲儲(chǔ)集層水驅(qū)開發(fā)約有 30%的小孔隙注不進(jìn)水，針對(duì)注不進(jìn)水的孔隙區(qū)域，目前已研發(fā)制備出第 1代納米驅(qū)油劑產(chǎn)品QS-SiO2，初步測(cè)試表明在1 μm親水毛細(xì)管中，納米驅(qū)油劑注水啟動(dòng)壓力梯度僅為0.09 MPa/m（普通水啟動(dòng)壓力梯度 2.98 MPa/m），毛細(xì)管阻力約為普通水的1/32。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可在水驅(qū)波及體積（55.45%）基礎(chǔ)上再增加13.00%。其主要原理是小孔隙的動(dòng)用增加了低滲透區(qū)域波及體積。因此，可以降低低滲-超低滲油藏注水啟動(dòng)壓力，特別是注水的“門檻”滲透率。該技術(shù)用于水驅(qū)采油，可增加中高滲油田低滲區(qū)域和低滲透油田的波及體積，減少剩余油，大幅度提高采收率，是化學(xué)驅(qū)提高采收率的戰(zhàn)略接替技術(shù)[18-20]。此外，納米驅(qū)油劑可作為壓裂液的添加劑使用，納米智能驅(qū)油劑通過減弱壓裂液分子間和分子外的不同作用力，使其進(jìn)入微小裂縫中，改善裂縫局部油流環(huán)境，進(jìn)而使微小孔隙中的原油易于流動(dòng)，促進(jìn)原油從致密儲(chǔ)集層滲流到裂縫并采出。

③高能金屬電池技術(shù)。以高能金屬板為陽(yáng)極，以多層催化復(fù)合材料為陰極，在水中直接反應(yīng)產(chǎn)生電能。具有零污染，使用壽命長(zhǎng)，地面和井下均適用等優(yōu)點(diǎn)，可為油氣田用電設(shè)備提供電能。目前初步完成了金屬電池基礎(chǔ)架構(gòu)、高能金屬放電機(jī)理、金屬陽(yáng)極材料優(yōu)選等研究，結(jié)合催化劑，架構(gòu)并制備出多層復(fù)合陰極及多種供電裝置。

5 結(jié)語

中國(guó)石油油氣開采工程關(guān)鍵技術(shù)近年來取得了卓有成效的進(jìn)展，但仍面臨劣質(zhì)化資源的有效動(dòng)用、老油氣田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、“雙高”主力油田效益開發(fā)困難、深層-非常規(guī)資源開發(fā)與北美差距大等困難。

“十三五”及今后一段時(shí)期中國(guó)石油油氣田開采工程技術(shù)必須做好縫控儲(chǔ)量改造技術(shù)攻關(guān)和工廠化作業(yè)等低成本技術(shù)的集成應(yīng)用，開展老區(qū)老井重復(fù)壓裂等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，推廣應(yīng)用第 4代分層注水技術(shù)，超前儲(chǔ)備納米驅(qū)油與同井注采等前沿技術(shù)，才能更好地推動(dòng)中國(guó)油氣田開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。