Current Status and Future Trend of an Integrated Technology of Precise Fracturing with Enhanced Oil Recovery for Tight Oil and Gas Reservoirs

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2023.02.006

Science and Technology Foresight ›› 2023, Vol. 2 ›› Issue (2): 75-88.DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2023.02.006

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Current Status and Future Trend of an Integrated Technology of Precise Fracturing with Enhanced Oil Recovery for Tight Oil and Gas Reservoirs

ZHOU Fujian(), LI Gensheng^†(), LIU Hao, LIU Xiongfei, TIAN Shouceng, LIANG Tianbo

National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China

Received:2023-04-10 Revised:2023-05-05 Online:2023-06-20 Published:2023-06-28
Contact: ^†

致密油气藏精准压裂-提高采收率一体化技术发展现状及建议

周福建(), 李根生^†(), 刘皓, 刘雄飞, 田守嶒, 梁天博

中国石油大学（北京）油气资源与工程全国重点实验室，北京 102249

通讯作者: ^†
作者简介:周福建，博士，教授。曾任中国石油勘探开发研究院压裂酸化中心副主任，中国石油勘探开发研究院首席专家。长期从事油气田开发研究，在油气藏改造、油气井防砂、储层保护方面有一定造诣。以第一完成人获国家科技发明奖二等奖2项、省部级科学技术一等奖7项。获何梁何利基金科学与技术创新奖产业创新奖，孙越崎能源科学技术奖青年科技奖、孙越崎能源科学技术奖能源大奖。电子信箱：zhoufj@cup.edu.cn。
李根生，博士，教授，中国工程院院士，油气钻井与完井工程专家。油气资源与工程全国重点实验室主任，中国石油大学（北京）碳中和示范性能源学院院长。曾任中国石油大学（北京）副校长，兼任国务院学位委员会第八届矿业工程、石油与天然气工程学科评议组联合召集人等。长期从事油气钻井和完井工程理论与技术研究。获国家科学技术奖励5项。电子信箱：ligs@cup.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(52274051);国家自然科学基金面上项目(52174045);中国石油天然气集团有限公司-中国石油大学（北京）战略合作科技专项(ZLZX2020-01);国家自然科学创新研究群体项目(51521063)

Abstract

Abstract:

Tight oil and gas reservoirs in China are highly heterogeneous, with thin and scattered sand bodies, which cannot be efficiently developed by conventional hydraulic fracturing technology. In this paper, current reservoir simulation technologies were reviewed. In addition, in order to solve challenges in developing tight oil and gas reservoirs in China, this paper summarized several key technologies suitable for efficiently developing continental shale oil and gas in China, including synchronous stimulation technology of scattered sand bodies based on the hydraulic jet and radial horizontal wells, precise fracturing technology based on extreme limited-entry design and temporary plugging and diversion, sand reinforcement technology of complex fracture network based on micro-proppants and variable viscous slickwater, and deep matrix modification technology based on CO₂ pre-fracturing and nano-emulsions. Finally, an integrated technology of precise fracturing with enhanced oil recovery is proposed, and it is suitable for heterogeneous and scattered sand bodies and mixed wet and tight oil and gas reservoirs. Furthermore, the technology points out the direction for the economic and efficient development of tight oil and gas reservoirs in China.

Key words: tight oil and gas, hydraulic fracturing, enhanced oil recovery, radial horizontal well, precision fracturing, matrix modification

摘要：

中国致密油气储层非均质性强、砂体薄而分散，常规水力压裂技术难以实现高效开发。文章对当前储层改造技术进行了现状分析，针对中国致密油气藏开发难点，明确并总结提出了适用于中国陆相页岩油气高效开发的基于水力喷射与径向水平井的分散砂体同步改造技术、基于极限限流与暂堵转向的精准压裂技术、基于微支撑剂与变黏滑溜水的复杂缝网强化加砂技术、基于CO₂前置压裂与纳米乳液的基质深度改性技术，最终提出了适用于非均质、分散砂体与混合润湿致密油气藏的精准压裂-提高采收率一体化技术，为中国致密油气藏经济高效开发指明方向。

关键词: 致密油气, 水力压裂, 提高采收率, 径向水平井, 精准压裂, 基质改性

ZHOU Fujian, LI Gensheng, LIU Hao, LIU Xiongfei, TIAN Shouceng, LIANG Tianbo. Current Status and Future Trend of an Integrated Technology of Precise Fracturing with Enhanced Oil Recovery for Tight Oil and Gas Reservoirs[J]. Science and Technology Foresight, 2023, 2(2): 75-88.

周福建, 李根生, 刘皓, 刘雄飞, 田守嶒, 梁天博. 致密油气藏精准压裂-提高采收率一体化技术发展现状及建议[J]. 前瞻科技, 2023, 2(2): 75-88.

Figures/Tables 11

References 76

[1]	李国欣, 朱如凯. 中国石油非常规油气发展现状、挑战与关注问题[J]. 中国石油勘探, 2020, 25(2): 1-13. DOI
[2]	罗群, 高阳, 张泽元, 等. 中国与美国致密油形成条件对比研究[J]. 石油实验地质, 2022, 44(2): 199-209.
[3]	金之钧, 白振瑞, 高波, 等. 中国迎来页岩油气革命了吗?[J]. 石油与天然气地质, 2019, 40(3): 451-458.
[4]	Jin Z J, Zhu R K, Liang X P, et al. Several issues worthy of attention in current lacustrine shale oil exploration and development[J]. Petroleum Exploration and Development, 2021, 48(6): 1471-1484. DOI URL
[5]	蒲春生, 康少飞, 蒲景阳, 等. 中国致密油藏水平井注水吞吐技术进展与发展趋势[J]. 石油学报, 2023, 44(1): 188-206. DOI
[6]	孙龙德, 邹才能, 贾爱林, 等. 中国致密油气发展特征与方向[J]. 石油勘探与开发, 2019, 46(6): 1015-1026. DOI
[7]	田守嶒, 李根生, 黄中伟, 等. 连续油管水力喷射压裂技术[J]. 天然气工业, 2008, 28(8): 61-63, 141.
[8]	牛继磊, 李根生, 宋剑, 等. 水力喷砂射孔参数实验研究[J]. 石油钻探技术, 2003, 31(2): 14-16.
[9]	田守嶒, 李根生, 黄中伟, 等. 水力喷射压裂机理与技术研究进展[J]. 石油钻采工艺, 2008, 30(1): 58-62.
[10]	赵绍伟. 水平井水力喷射分段压裂技术的研究与应用[J]. 石油化工应用, 2015, 34(6): 49-51, 55.
[11]	艾白布·阿不力米提, 普宏槟, 刘永红, 等. 致密油水平井连续油管自适应定向水力喷砂射孔改造技术的应用[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(15): 6066-6074.
[12]	李根生, 黄中伟, 李敬彬. 水力喷射径向水平井钻井关键技术研究[J]. 石油钻探技术, 2017, 45(2): 1-9.
[13]	刘庆岭. 水力喷射径向水平井控制压裂机理与参数优化研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2019.
[14]	毕刚, 李根生, 屈展, 等. 水力喷射径向水平井钻井水力参数计算及优选方法[J]. 西安石油大学学报(自然科学版), 2018, 33(5): 76-82.
[15]	苏新亮, 李根生, 沈忠厚, 等. 连续油管钻井技术研究与应用进展[J]. 天然气工业, 2008, 28(8): 55-57, 66, 140.
[16]	殷亚军, 王巍, 潘洁. 浅谈侧钻工艺技术[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2022, 42(21): 191-192, 195.
[17]	田守嶒, 黄中伟, 李根生, 等. 径向井复合脉动水力压裂煤层气储层解堵和增产室内实验[J]. 天然气工业, 2018, 38(9): 88-94.
[18]	武晓光, 黄中伟, 李根生, 等. “连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术研究与现场试验[J]. 石油钻探技术, 2022, 50(6): 56-63.
[19]	马永生, 蔡勋育, 赵培荣, 等. 中国陆相页岩油地质特征与勘探实践[J]. 地质学报, 2022, 96(1): 155-171.
[20]	姜在兴, 张建国, 孔祥鑫, 等. 中国陆相页岩油气沉积储层研究进展及发展方向[J]. 石油学报, 2023, 44(1): 45-71. DOI
[21]	周福建, 袁立山, 刘雄飞, 等. 暂堵转向压裂关键技术与进展[J]. 石油科学通报, 2022, 7(3): 365-381.
[22]	雷群, 杨立峰, 段瑶瑶, 等. 非常规油气“缝控储量”改造优化设计技术[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(4): 719-726. DOI
[23]	端祥刚, 吴建发, 张晓伟, 等. 四川盆地海相页岩气提高采收率研究进展与关键问题[J]. 石油学报, 2022, 43(8): 1185-1200. DOI
[24]	蒋恕, 李园平, 杜凤双, 等. 提高页岩气藏压裂井射孔簇产气率的技术进展[J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(1): 9-22.
[25]	Somanchi K, Brewer J, Reynolds A. Extreme limited-entry design improves distribution efficiency in plug-and-perforate completions: Insights from fiber-optic diagnostics[J]. SPE Drilling & Completion, 2018, 33(4): 298-306.
[26]	Senters C W, Leonard R S, Ramos C R, et al. Diversion-Be careful what you ask for[C]// Proceedings of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Richardson: SPE, 2017: SPE-187045-MS.
[27]	Huckabee P, Ledet C, Ugueto G, et al. Practical design considerations for stage length, perforation clusters and limited entry pressure intensities[C]// Proceedings of the SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition. Richardson: SPE, 2021: SPE-204185-MS.
[28]	胥云, 雷群, 陈铭, 等. 体积改造技术理论研究进展与发展方向[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(5): 874-887. DOI
[29]	许可, 高航, 石阳, 等. 储层改造用暂堵材料研究进展[J]. 应用化工, 2022, 51(7): 2074-2078.
[30]	周福建, 苏航, 梁星原, 等. 致密油储集层高效缝网改造与提高采收率一体化技术[J]. 石油勘探与开发, 2019, 46(5): 1007-1014. DOI
[31]	吴宝成, 周福建, 王明星, 等. 绳结式暂堵剂运移及封堵规律实验研究[J]. 钻采工艺, 2022, 45(4): 61-66.
[32]	李奔, 李岩, 周福建, 等. 微支撑剂对页岩油气的增产机理及选配原则[J]. 地质与勘探, 2020, 56(3): 627-634.
[33]	郭建春, 路千里, 何佑伟. 页岩气压裂的几个关键问题与探索[J]. 天然气工业, 2022, 42(8): 148-161.
[34]	郭建春, 赵志红, 路千里, 等. 深层页岩缝网压裂关键力学理论研究进展[J]. 天然气工业, 2021, 41(1): 102-117.
[35]	Dahl J, Nguyen P, Dusterhoft R, et al. Application of micro-proppant to enhance well production in unconventional reservoirs: Laboratory and field results[C]// Proceedings of the SPE Western Regional Meeting. Richardson: SPE, 2015: SPE-174060-MS.
[36]	Calvin J, Grieser B, Bachman T. Enhancement of well production in the SCOOP woodford shale through the application of microproppant[C]// Proceedings of the SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition. Richardson: SPE, 2017: SPE-184863-MS.
[37]	Li C, Spurr N, Royce T N. Post-fracturing production performance of small sized proppant in major unconventional formations[C]// Proceedings of the SPE International Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition. Richardson: SPE, 2018: SPE-191407-18IHFT-MS.
[38]	梁天博, 苏航, 昝晶鸽, 等. 变黏滑溜水性能评价及吉木萨尔页岩油藏矿场应用[J]. 石油科学通报, 2022, 7(2): 185-195.
[39]	Liu H B, Bai H, Lv B Q, et al. Parameter optimization and field test of nano variable-viscosity slick water fracturing in Changqing shale reservoir[J]. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2022, 984, doi: 10.1088/1755-1315/984/1/012004. DOI
[40]	Wang J, Zhou F J, Bai H, et al. A Comprehensive method to evaluate the viscous slickwater as fracturing fluids for hydraulic fracturing applications[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2020, 193, doi:10.1016/j.petrol.2020.107359. DOI
[41]	Yao E D, Bai H, Zhou F J, et al. Performance evaluation of the multifunctional variable-viscosity slick water for fracturing in unconventional reservoirs[J]. ACS Omega, 2021, 6(32): 20822-20832. DOI PMID
[42]	刘雨舟, 张志坚, 王磊, 等. 国内变黏滑溜水研究进展及在川渝非常规气藏的应用[J]. 石油与天然气化工, 2022, 51(3): 76-81, 90.
[43]	刘宽, 罗平亚, 丁小惠, 等. 抗盐型滑溜水减阻剂的性能评价[J]. 油田化学, 2017, 34(3): 444-448.
[44]	熊颖, 刘友权, 梅志宏, 等. 四川页岩气开发用耐高矿化度滑溜水技术研究[J]. 石油与天然气化工, 2019, 48(3): 62-65, 71.
[45]	孙亚东, 李嘉, 于世虎. 一剂多能乳液聚合物压裂液的制备与应用[J]. 石油化工, 2021, 50(4): 325-331. DOI
[46]	Alfarge D, Wei M, Bai B. IOR methods in unconventional reservoirs of north America: Comprehensive review[C]// Proceedings of the SPE Western Regional Meeting. Richardson: SPE, 2017: SPE-185640-MS.
[47]	魏兵, 刘江, 张翔, 等. 致密油藏提高采收率方法与理论研究进展[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2021, 43(1): 91-102. DOI
[48]	李阳, 许志赫, 袁峰, 等. CO₂干法压裂技术研究与应用[C]// 2018 IFEDC油气田勘探与开发国际会议文集. 西安: 西安石油大学, 陕西省石油学会, 2018: 152-160.
[49]	刘合, 王峰, 张劲, 等. 二氧化碳干法压裂技术: 应用现状与发展趋势[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(4): 466-472.
[50]	周然, 宋振云, 李勇, 等. 一种高效CO₂干法压裂液体系的开发与应用[J]. 油田化学, 2019, 36(1): 38-42.
[51]	宋振云, 苏伟东, 杨延增, 等. CO₂干法加砂压裂技术研究与实践[J]. 天然气工业, 2014, 34(6): 55-59.
[52]	孙鑫, 杜明勇, 韩彬彬, 等. 二氧化碳压裂技术研究综述[J]. 油田化学, 2017, 34(2): 374-380.
[53]	易勇刚, 黄科翔, 李杰, 等. 前置蓄能压裂中的CO₂在玛湖凹陷砾岩油藏中的作用[J]. 新疆石油地质, 2022, 43(1): 42-47.
[54]	长庆油田CO₂增能压裂技术取得重要成果[J]. 非常规油气, 2022, 9(3): 124.
[55]	侯吉瑞, 闻宇晨, 屈鸣, 等. 纳米材料提高油气采收率技术研究及应用[J]. 特种油气藏, 2020, 27(6): 47-53. DOI
[56]	赵雅洁, 侯吉瑞, 屈鸣, 等. 致密油藏纳米微乳液性能评价与驱油机理分析[J]. 油田化学, 2022, 39(2): 338-342, 354.
[57]	李超, 王辉, 刘潇冰, 等. 纳米乳液与微乳液在油气生产中的应用进展[J]. 钻井液与完井液, 2014, 31(2): 79-84, 101.
[58]	Zou A, Poudel S, Gupta M, et al. Disjoining pressure of water in nanochannels[J]. Nano Letters, 2021, 21(18): 7769-7774. DOI URL
[59]	Yuan L, Habibi A, Dehghanpour H. Liquid imbibition in tight rocks: the role of disjoining pressure[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2021, 627, doi: 10.1016/j.colsurfa.2021.127037. DOI
[60]	Chengara A, Nikolov A D, Wasan D T, et al. Spreading of nanofluids driven by the structural disjoining pressure gradient[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 280(1): 192-201. PMID
[61]	邓庆军, 朱维耀, 王小锋, 等. 多孔介质中微观力的作用及渗流模型[J]. 北京科技大学学报, 2014, 36(4): 415-423.
[62]	张雪龄, 朱维耀, 蔡强, 等. 考虑固壁作用力的微可压缩流体纳微米圆管流动分析[J]. 北京科技大学学报, 2014, 36(5): 569-575.
[63]	朱维耀, 田英爱, 于明旭, 等. 微圆管中流体的微观流动机制[J]. 科技导报, 2014, 32(27): 23-27.
[64]	Hirasakl G J. Wettability: Fundamentals and surface forces[J]. SPE Formation Evaluation, 1991, 6(2): 217-226. DOI URL
[65]	Wong H, Morris S, Radke C J. Three-dimensional menisci in polygonal capillaries[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1992, 148(2): 317-336. DOI URL
[66]	Habibi A, Dehghanpour H. Wetting behavior of tight rocks: From core scale to pore scale[J]. Water Resources Research, 2018, 54(11): 9162-9186. DOI URL
[67]	冯阳, 侯吉瑞, 杨钰龙, 等. 2-D纳米黑卡油水界面微观驱油机理分子动力学模拟[J]. 油田化学, 2022, 39(2): 311-317.
[68]	Su H, Zhou F J, Qing W, et al. Flow physics of polymer nanospheres and diluted microemulsion in fractured carbonate reservoirs: An investigation into enhanced oil recovery mechanisms[J]. SPE Journal, 2021, 26(4): 2231-2244. DOI URL
[69]	Liang T B, Zhao X R, Yuan S, et al. Surfactant-EOR in tight oil reservoirs: current status and a systematic surfactant screening method with field experiments[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2021, 196, doi: 10.1016/j.petrol.2020.108097. DOI
[70]	Liang T B, Li Q G, Liang X Y, et al. Evaluation of liquid nanofluid as fracturing fluid additive on enhanced oil recovery from low-permeability reservoirs[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2018, 168: 390-399. DOI URL
[71]	王振宇, 林伯韬, 艾白布·阿不力米提. DAS与DTS光纤测试技术在水平井中的应用[J]. 测井技术, 2022, 46(4): 478-486.
[72]	武绍江, 王一博, 梁兴, 等. 页岩气储层水平井压裂分布式光纤邻井微振动监测及震源位置成像[J]. 地球物理学报, 2022, 65(7): 2756-2765.
[73]	梁兴, 王一博, 武绍江, 等. 基于分布式光纤同井微振动监测数据的页岩气水平井压裂微地震震源位置成像[J]. 地球物理学报, 2022, 65(12): 4846-4857.
[74]	胡晓东, 李卓龙, 周福建, 等. 基于水击波波形的波速反演方法试验研究[J]. 水利水电技术(中英文), 2022, 53(5): 106-118.
[75]	胡晓东, 周福建, 李宇娇, 等. 压裂停泵水击压力波信号滤波方法与特征分析[J]. 石油科学通报, 2021, 6(1): 79-91.
[76]	刘芳. 哈里伯顿推出油气行业首款智能自动化压裂系统[J]. 世界石油工业, 2020, 27(5): 47.

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