自主研发填补国内石油重建井筒重复压裂工艺国产化的“最后一块拼图”

近日，中国石化江汉石油工程公司成功打破国外技术壁垒，自主研发出纯天然环保型“SKAM交联可控低伤害胍胶压裂液”产品，填补了国内在石油重建井筒重复压裂工艺国产化中的“最后一块拼图”。

重建井筒重复压裂技术是一种提高石油储量动用率和气藏采收率的技术，起源于北美。石油工程技术人员在原有油气井的基础上，下入新套管，进行封固，实现储层重新改造。

该公司技术发展部经理向少华说：“在我国，我们对页岩气勘探开发的认识时间并不算长，初期很多技术都在摸索中进行，以至于我们对一个储层的储量动用率并不高，仅12%左右。在老油气井中下入新套管，可以帮助我们对已动用的储层进行重复开发，以此来提高储层动用率。”

提高储层动用率就需要石油工程技术人员在已有产气通道基础上进行加密，其原理类似于复合种植技术，比如在玉米地间种植大豆，从而实现“一地双收”。

然而，要想在页岩气井中实现“一地双收”远比种植农作物要困难的多。

“如果说农业的复合种植是在玉米间种植大豆，那页岩气的‘复合种植’就是在‘大豆’间种植‘玉米’。”向少华说。

为了能够开采出页岩气体，石油工程技术人员通常会在一个富含有储量的地层段上建立许多类似树根结构的开采通道来，而这些开采通道向储层延展的深度与广度决定了石油工程技术对一个储层的动用率有多高，也就是我们能够开采出多少气体出来。

页岩气开发初期之所以动用率不高，就是因为为防止开采通道过于密集造成的地层脆性增加，导致地层垮塌，我们会人为控制开采通道扩展的深度和广度。

但经过页岩气开发的黄金十年，国人已实现了集成技术、装备、工具的系列国产化，石油工程技术人员向储层深度和广度进军的步伐更加坚定，通过自研的重建井重复压裂技术，还能够在同一储层段上建立20-30个产气通道，把储层的储量动用率从12%提高到40%以上。

重建井筒重复压裂技术之所以一直被北美地区所把持，因其存在两个勘探开发难点。

第一个是重建井本身是已经实现商业化投产很久的老井，在二次固井下入新套管过程中，不能够像钻井一样进行井下钻头导航，所以需要对新套管进行扶正，以保证它跟原有井筒轨道完美贴合。第二个就是新井筒的套管尺寸较之前缩减了超30%，重复压裂期间，用于打开气道的压裂液体系通过新套管下入井底的阻力更大。

单一的技术工艺国产化不叫全面国产化，单纯的装备制造也不叫全面国产化，只有技术工艺、装备制造、工具、工程产品全部国产化，才叫真正的全面国产化。

近年来，伴随着页岩气勘探开发技术工艺、设备、工具、等方面的国产化，国人在页岩气等非常规资源开发的赛道上实现弯道超车，在很多技术领域已经牢牢的把页岩气勘探开发话语权掌握在了自己手中，但唯独石油工程产品成为了影响全面国产化的“最后一块拼图”。

重建井筒重复压裂技术的第一大难点属于技术工艺难点，作为施工主体单位，早在2020年初，中石化江汉石油工程就与涪陵页岩气勘探开发有限公司开展了联合项目攻关，成立了“页岩气重复压裂创新团队”，通过工具设计、性能检测、现场服务、质量评价等阶段，成功研发出直翼式套管树脂扶正器、机液一体化脱节装置、多功能一体化井筒清洁技术等特色工具和技术工艺，并率先在焦页5-1HF井利用国产化压裂装备，成功实现了我国首口运用自主研发技术工艺开发的重建井筒重复压裂施工。

经过三年的技术迭代升级，目前中石化江汉石油工程在该技术领域内的各项指标一次成功率均达到了100%，且施工周期从开发初期的32天缩短至20天，工程提速达60%。

可即便有如此成绩，困扰重建井筒重复压裂技术全面国产化的第二大难点也迟迟未得到有效解决，成为阻碍该项技术全面国产化的最后一道藩篱。

“在北美地区，重建井的井筒套管通常为4寸，而在我国，重建井的井筒套管为3.5寸。”该公司储层改造研究所所长钟涛说。

国内重建井套管尺寸比北美开发的还要细，压裂液下入井底的阻力也更大，再加上地质条件的差异，意味着北美重建井筒重复压裂所使用的压裂液产品根本不适用于国内。要实现全面国产化，研发出属于自己的重建井筒重复压裂液体系迫在眉睫。

给地层做动脉手术，绿色环保很重要

其实在开展《页岩气井重建井筒重复压裂探索和试验》横向项目研究的早期，课题组成员曾尝试过利用一些国产厂商的压裂液产品进行全国产化替代，但效果均不理想。

压裂液产品，又被成为压裂液体系，由主液体和添加剂组成，是多种功能的液体组合而成，用于辅助压裂施工所使用的产品。

压裂液被形象的称为打开地库宝藏的“钥匙”，是因为其主液体的功能是支撑产气通道，防止其闭合，让地层裂缝中的“气宝宝”可以从井筒中窜出地层。

“这一过程就像是在给地层做‘心脏动脉搭桥手术’，压裂液就像是一个‘动脉支架’，紧贴在地层裂缝上，依靠弹性和粘性支撑，好让压裂砂进入地层。此时，我们的页岩气就可以像‘血液’一样，依靠地层这颗‘心脏’的泵压，源源不断流向井筒。”钟涛形象地比喻道。

其实，准确来说，支撑产气通道、打开地层只是其功能之一。减低井筒摩阻，让液体更好地顺着井筒壁流到射孔段，以及在完成使命后，还要自动破胶，从半流体变成流体返排出井口等等功能。但无论是什么功能，由于是直接在地层作业，绿色环保至关重要，工程产品不环保，直接污染的就是数千米以下的地层。

拒绝科技与狠活儿，从植物中找答案

压裂液其实是一种胶状半流体液体，其原始状态是粉剂，在输送至地层过程中，与水化合反应变成半流体胶状液体。

目前市面上的大多数的胶液体系都是‘科技与狠活儿’，普遍存在加量高、交联时间过快及残渣含量高等问题。采访中了解到，为了让压裂液更具有粘性，很多厂商会选择加大工业粉剂添加，这样一来不仅对地层的污染性更大，同时凝胶时间不好掌控，也就是胶黏时间。有的产品还未达到目的地就已经在井筒中间凝结成胶，堵塞井筒。有的凝胶非常顺利，但破胶不充分，产生大量工业残胶留在地下，影响页岩气纯度的同时，污染地层。

因此“绿色环保”“不伤害地层”“返排率高”是为该技术工艺研发配套压裂液体系的一个最为重要的先决条件。在充分的市场调研过后，钟涛及其团队尝试了将近20种胶黏物质，终于在一种花朵形状类似长颈鹿脑袋的植物中找到了答案。

这株植物叫做瓜儿豆，豆科瓜儿豆属植物，原产于非洲热带，印度、斯里兰卡、阿富汗等干旱地区。从这种植物中提取的胶状物质，被称为瓜尔豆胶，也称胍胶，具有胶凝、增稠、乳化、稳定分散等优良特性。

胍胶除了是纯天然提取物，不会伤害地层外，其含有的高分子量水胶体多糖具有降糖作用，可以减少餐后与禁食状态下血中葡萄糖浓度，特别适合减肥人群和辅助糖尿病治疗使用。将医学产品运用到工业学科中的结果就是，产生了一连串的奇妙碰撞。

很快，钟涛及其团队成员运用胍胶研究出了一款名为“SKAM交联可控低伤害胍胶压裂液”体系。除了绿色环保，无需大量添加等优势外，这款产品的另一大优势就是交联可控。研究人员只需改变交联剂及pH调节剂用量，就可以精准控制交联时间。也就是人为的拉长了胍胶分子链交结成团的化学反应时间。

胍胶与传统的工业合成胶液体系相比较，前者就像“鸡胸肉”，而后者就好比工业蛋白粉。

“过去交联的化学反应是在压裂液刚进入井筒的过程中发生，时间短，速度快，极大地增加了泵送摩阻。现在好了，压裂液到达了射孔簇后，再进行人为干预凝胶化学反应，可极大降低泵送摩阻，同时还能将压裂液的能量传递到裂缝远端，有效造缝、携砂。”参与焦页21-3HF井重建井筒重复压裂施工的技术员严诗婷说。

给“地层支架”装上“小滑轮”

通常来说，在做心脏搭桥手术过程中，医生会利用一个输送装置将支架输送到指定位置。

半流体的液体其本身就比流体的流动性要差，要想在直径不到12cm的套管内流动自如，研究人员还得为其加上一副“小滑轮”，让其靠自身流动流到地层指定位置。

为了在高阻力的3.5英寸重建井筒中顺利将“SKAM交联可控低伤害胍胶压裂液”体系达到目标段，实现自主研发工程产品和技术工艺同步国产化，打破国外制约。该公司科研人员对聚合物减阻剂分子进行了改良，引用分子片段设计理念、采用靶向聚合手段实现超分子聚集看，研发出了“FLICK-2S超分子低摩阻连续携砂一体化压裂液体系”。该体系减阻率高达75%，是目前市面上减阻率最高的压裂液产品。

不仅如此，为了适应非重建井以外的页岩、致密砂岩等非常规储层大规模体积压裂需求，研究人员还将该体系的耐温范围由市面上常规的45-105℃扩大到30-160℃，最高耐盐可达100000ppm矿化度。

“新一代FLICK-2S超分子低摩阻连续携砂一体化压裂液体系延续了FLICK-2的高耐矿化度，可实现返排废水的重复再利用，节约勘探开发过程中的水资源使用。”储层改造研究所压裂液研发团队的闫秀说。

截止目前，该产品已在国内三口重建井重复压裂施工中成功应用，产品性能稳定，助力该项工艺降本减费近30%，最高单井日产气量可达14.2万立方米/天，测试产量恢复到初次压裂的70%以上，达到北美先进水平。（邹明强 王冰 李澎）