[01288039]非常规油气安全高效完井设计技术及应用

课题来源及背景：该成果是研究团队在国家自然科学基金重大国际（地区）合作研究项目（No. 51210006）的资助下，针对我国页岩气藏复杂地质特征，围绕页岩气藏开发中的水平井完井和多级压裂增产理论等关键科学问题研究成果的集成。

研究成果以发展适合于我国页岩气藏的完井与压裂技术为目标，系统开展了页岩气藏水平井完井与多级压裂增产的基础理论研究，为我国页岩气高效开采提供关键理论与方法基础。

技术原理：根据我国非常规油气藏复杂地质条件特征，针对非常规油气藏开发中多级压裂增产理论等关键科学问题，系统研究非常规油气藏多级压裂机理及参数影响规律，揭示非常规油气藏水力喷射多段压裂增压和裂缝延伸机理，形成水力喷射多级压裂系列技术，探索研发应用于非常规油气藏的连续管传输超临界 CO2 介质的多级压裂增产新技术。

根据非常规油气藏储层特征，建立一套适合的基于产能模型的非常规油气藏完井参数优选方法，为我国非常规油气藏开发提供理论基础与技术支撑。

技术的先进性：连续油管压耗预测模型打通了从室内实验到油田应用的“壁垒”，可直接用于指导现场作业。水力喷射多级压裂系列技术适用范围广，为储层改造、油气井增产提供了多重选择。

创新点1：发明了水力喷射多级压裂系列技术

所属学科：石油与天然气

能明确了多级喷射压裂孔内射流增压机理、环空“密封环”封隔机理，揭示了多级喷射压裂缝间应力干扰的力学机制，发明了水力喷射多级压裂原理方法建立了射流孔内增压计算模型与连续油管湍流流动摩阻新模型，创立了水力喷射多级压裂水力参数及施工工艺方法。

结合喷射压裂技术原理与施工工艺，发展了水力喷射径向井复合压裂、水力喷射无限级压裂、水力喷射靶向暂堵等水力喷射多级压裂系列技术。

创新点2：发明了超临界CO2喷射压裂技术

所属学科：石油与天然气

能揭示了超临界CO2喷射压裂孔内增压机理，发现超临界CO2射流的增压效果显著优于纯水射流，理论上证明了超临界CO2喷射压裂的可行性;揭示了超临界CO2温压耦合下的井筒流动与传热规律，保证CO2在井底处于超临界状态，进一步发明了超临界CO2喷射压裂工艺方法，形成了一套超临界CO2喷射压裂关键参数设计方法。

首次在我国乃至全球范围内开展了陆相页岩气超临界CO2压裂现场试验。

创新点3：形成了基于基质孔-人工缝耦合产能模型的完井参数优选方法。

所属学科：石油与天然气能与哈佛大学合作，利用原子力显微镜（AFM）研究微纳米尺度下海陆相页岩干酪根表面特性，进一步揭示了甲烷在干酪根中的吸附运移机理，为解释页岩气吸附运移规律提供了新思路。

与美国俄克拉荷马大学合作，建立了描述接近真实页岩气复杂流动状态产能模型，形成了基于基质孔-人工缝耦合的产能模型，提供了适用于页岩气等非常规油气的完井参数优选方法。

成果应用价值：所建立的考虑管壁粗糙度和流变性的连续油管压耗预测模型，已作为国内连续管水力喷射压裂水力参数计算模型;所建立的连续管喷射压裂增压值定量描述模型，已用于全国100余口油气井水力喷射压裂设计，提高了施工参数的预测精度。

自2016年以来，本成果所发明的连续管水力喷射无限级压裂、水力喷射暂堵压裂等系列喷射压裂技术中国石化华北油气分公司鄂北区块推广应用，共用于致密砂岩气水平井分段压裂46井次。单井平均提高产量30%-40%，个别井产量增加一倍以上。近三年累计产气量11.8亿方。

自2016年以来，本成果所建立的基于页岩基质孔-人工缝耦合产能模型的完井参数优选方法在四川长宁天然气开发有限责任公司宁201井区推广应用，共用于页岩气水平井压裂优化设计98井次近三年累计生产页岩气32.85亿方。

自2016年以来，本项目所建立的页岩气藏水平井多级压裂完井参数优化方法，先后在涪陵页岩气田二期38口井开展现场应用，压后单井测试产量达到20-30万方/天，平均单井稳产日产量相比邻井提高 10%。

截至2019年5月份， 38口井已累产气24.7亿方，预测最终可增加可采储量40亿方。

研究成果发表在《SPE Journal》、《AIChE Journal》、《Fuel》等石油工程和能源领域重要国际期刊上;与美方合作出版英文专著1部;授权国家发明专利8项;在国内外学术界引起了较好反响，部分研究结果被美国工程院院士Hossein Kazemi教授、美国工程院院士Michael Celia教授、加拿大工程院院士陈掌星教授等知名学者引用。