我國石油工程領域壓裂酸化技術現狀、未來趨勢及促進對策

　　摘要: 隨著我國經濟水平的提高，日常生活對石油和天然氣的消耗也越來越多。近年來油田開發難度持續增加，作為油田增產重要手段的壓裂酸化技術發揮著越來越重要的作用，持續提高壓裂酸化技術水平成為油田開發的重中之重。利用 SWOT 分析法對我國壓裂酸化技術發展現狀進行分析，在總結我國壓裂酸化難點技術及未來發展趨勢的基礎上，提出了加強理論研究、推進裝備國產化、完善信息化建設、建立高質量服務隊伍等促進我國壓裂酸化技術發展的對策建議，以期為我國油服企業提升壓裂酸化技術提供借鑒。

　　張冕; 池曉明; 劉歡; 夏玉磊; 張文雪; 李璐， 中國石油大學學報(社會科學版) 發表時間：2021-08-17

　　關鍵詞: SWOT 分析; 壓裂酸化; 難點技術; 發展趨勢; 對策建議

　　一、引言

　　壓裂酸化技術是實現油氣田增產的進攻性技術，在油氣開發中的作用越來越重要，可以大幅度提高油氣井產量，是國內外各大油田實現增產穩產的主要技術手段。近年來，面對我國石油新儲集層和區塊開發難度增大、增產措施改造對象越趨復雜、老油區增產穩產性不容樂觀的嚴峻態勢，國家有關部門制定了一系列相關政策，鼓勵我國石油公司加大勘探開發力度，推動油氣資源產量上升，如國家發改委發布的《關于促進天然氣協調穩定發展的若干意見》以及國家能源局發布的《頁巖氣發展規劃 ( 2016—2020 年) 》，都把推進油氣產業發展作為重中之重。我國嚴峻的油氣產量形勢，使得推進壓裂酸化技術的發展成為當務之急。因此，為了實現我國壓裂酸化技術的快速發展，掌握我國壓裂酸化技術的現狀、存在的難點技術以及明確我國酸化技術的發展趨勢至關重要。

　　二、文獻綜述

　　對于壓裂酸化技術，目前國內外學者主要從壓裂酸化技術的研發、壓裂酸化技術的現狀及發展趨勢兩個方面展開研究。

　　在壓裂酸化技術的研發方面，劉建坤等[1]開展的交替注酸壓裂技術研究可為致密砂巖儲層的有效壓裂提供技術支持。于喜艷等[2]為解決海上低滲儲層酸化低效問題進行微壓裂改造，大幅提高了作業泵注能力，增產效果顯著。李杰等[3]研發了一種新型有機土酸酸化技術，能有效改善地層滲透率，提高了增產效果。魏國[4]闡述了包括閉合酸化壓裂技術創新、水力噴射酸化壓裂創新等在內的集中壓裂酸化技術的應用創新。陳勇軍等[5]針對疏松砂巖進行過篩管壓裂的研究，可有效治理低產低效井。孫林等[6]研發了海上油田爆燃壓裂技術，來解決海上油田壓裂后高效增產的技術難點和爆燃壓裂技術的安全性問題。周林波等[7]研發了超深井新型水力噴射定點酸化壓裂技術，用于解決常規籠統酸化壓裂技術無法控制裂縫位置等問題。鄒劍等[8]提出了致密砂巖油氣藏水平井壓裂增產方法和技術以及新型酸液優化體系，有助于解決海上油田壓裂增產方法與技術費用高、難度大的問題。趙榮華等[9]開展了復合暫堵轉向酸化壓裂技術研究，在塔河油田應用后增油效果明顯。陳勇[10]通過室內實驗研究了滿足酸化作業要求的 DC-1 復合酸體系，結合爆燃壓裂酸化復合增產技術，應用后取得了明顯增產效果。蘇奇等[11]開展了固體酸酸化壓裂技術研究，成功解決了現有酸化壓裂技術有效距離短、改造效果差的問題。

　　在壓裂酸化技術的現狀和發展趨勢方面，李小凡[12]評述了油氣井解堵增產技術的研究現狀，并對今后的研究方向提出了展望。張慶峰[13]介紹了轉向壓裂技術的優缺點以及未來的發展前景。沈云波等[14]對水平井分段壓裂酸化工藝技術現狀進行了評述。王彥玲等[15]提出隨著轉向壓裂技術的廣泛應用，在該技術中發揮重要作用的暫堵劑也有很大的發展，并指出未來研究重點在于殘渣量小、封堵強度高的水溶性暫堵劑，其中具有自清潔性的可降解暫堵劑也是重要的發展方向。寇勝彬[16]介紹了酸化壓裂技術在實際應用中的優勢，并指出復雜特殊區塊油田以及量酸液復合體在油氣層中的應用是未來研究的重點。張彰[17]分析了轉向酸化酸壓裂技術的優劣勢，并指出該技術未來將朝著多功能、多方向不同系列的酸壓裂發展。趙世龍[18]指出現階段酸化壓裂技術的主要研究方向為反復應用壓裂工藝進行壓新縫操作等。陳超等[19]探討了低滲透油田壓裂技術及發展趨勢，指出水平井壓裂技術是未來的趨勢。Zhao 等[20]認為暫堵調井增產技術得到了廣泛應用，熱敏壓裂導流劑和自轉酸酸化導流劑符合今后油氣資源開發的發展趨勢。

　　由文獻梳理可知，目前對壓裂酸化技術的研究大都集中在壓裂酸化技術的研發創新上，缺少結合理論分析工具進行現狀評述的研究，更缺少對我國壓裂酸化技術現狀及發展趨勢進行分析的研究。因此，本文利用 SWOT 分析法對我國壓裂酸化技術現狀進行分析，洞悉發展趨勢，提出促進我國壓裂酸化技術進步的針對性建議。

　　三、我國石油工程領域壓裂酸化技術現狀 SWOT 分析

　　我國壓裂酸化技術已經有了一些突破，但仍存在難以攻克的難點技術，利用 SWOT 分析法，總結其優勢和劣勢，分析其機遇與挑戰，以尋求解決問題的對策和措施。壓裂酸化技術的實施主要涉及陸上裝備、井下工具、入井材料、優化監測技術以及管理模式等。陸上裝備，指產生較高排量、壓力的壓裂車組和地面設備等; 井下工具，指能夠滿足不同井況的封隔之類的工具; 入井材料，主要是對油氣層進行壓裂改造時使用的工作液; 優化監測技術，優化設計是對施工方案和施工過程進行不斷擇優和調整的動態過程，監測技術是通過采集壓裂施工過程中的參數資料來分析地下壓裂縫情況和施工進展情況的技術; 管理模式，指促進壓裂酸化工作效果的管理手段及工作模式，主要包括作業形式和信息化建設能力。圍繞這五個方面并結合其他因素對我國壓裂酸化技術現狀展開 SWOT 分析。

　　( 一) 我國壓裂酸化技術優勢分析

　　1.我國壓裂酸化技術在性能方面的優勢

　　具體來說，在陸上裝備方面，我國裝備功率較大，常用 2 500 馬力以上的壓裂泵車車組，對泵車車組、連續油管系統、配套的連續輸砂裝置和液體輸送與配液裝備進行系統集成，研發并使用了電動和雙燃料驅動裝備。在井下工具方面，學習世界各油氣企業先進技術，推進裝備各性能提升，我國在常規井使用的井下工具已實現自給自足。在入井材料方面，我國入井材料種類豐富，性能良好，基本滿足了國內不同類型儲層改造的需求，部分壓裂液體系在穩定性能、破膠性能、防膨性能等方面處于國際領先水平，且其來源簡單易得，成本低廉。在優化監測技術方面，部分優化技術已達到國際領先水平，如中石油的一體化技術，其套管變形預測技術達到國際領先水平，并具備深井、淺井和地面微地震數據采集的能力，業務能力全面; 在數據處理解釋及評估技術方面與國外發達油服公司不分上下。在管理模式方面，積極學習國際油服企業的作業方式及管理模式，已初步形成工廠化作業模式，如適合川渝地區頁巖氣藏開發的“井工廠”技術，主要包括快速安全鉆完井技術、儲層改造技術和實時隨鉆監測與測量技術等; 信息化建設也已初具成效，建立了壓裂酸化信息化系統等。

　　2.我國壓裂酸化技術占據國內大量市場份額

　　我國壓裂酸化技術在國內市場競爭力很強，占據絕大部分市場份額，國外油服企業受制于我國的行業體制限制，僅占據我國約 5%的油服市場份額，我國主要油服企業市場份額占比如圖 1 所示。目前我國壓裂酸化市場主要由中國石油寶雞石油機械有限責任公司( 以下簡稱寶雞石油機械公司) 、中石化四機石油機械有限責任公司( 以下簡稱中石化四機廠) 、煙臺杰瑞石油服務集團股份有限責任公司( 以下簡稱杰瑞股份) 三家占有。其中，中石化四機廠和杰瑞股份由于技術積淀，國內市場占有率均維持在 20% ～40%范圍內; 寶雞石油機械公司雖短期內很難做到與杰瑞股份和中石化四機廠的成套設備相媲美，但受益于中石油內部采購優先權，其壓裂酸化技術服務能力仍為我國油服行業的佼佼者。此外，三一重工有限公司也占據一定市場份額。

　　( 二) 我國壓裂酸化技術劣勢分析

　　1.我國壓裂酸化技術在性能方面的不足

　　具體來說，在陸上裝備方面，底盤、發動機、變速箱等核心裝備部件依賴進口，造成核心競爭力和發展受到限制，裝備制造的多樣化發展略顯緩慢。在井下工具方面，精細化作業油氣井領域使用的井下工具仍需要進口，在超高溫高壓的非常規井領域使用的井下工具仍有所欠缺，缺乏深海作業能力。在入井材料方面，在耐高溫高壓、清潔環保方面的表現不夠突出，作為主要入井材料的酸液產品在緩蝕長效方面也不及國外產品。在優化監測技術方面，優化監測軟件裝備依賴進口，監測復雜裂縫的能力需要進一步提升。在管理模式方面，作業形式大多采用傳統化工作模式，工廠化作業與國外相比還處在探索應用階段，信息化建設仍有所欠缺，尚未開展人工智能數據分析。

　　2.我國壓裂酸化技術研發能力有所欠缺。

　　我國壓裂酸化技術的研發能力弱于國際油服公司，自研軟件及技術應用范圍小，核心部件主要依賴進口，相關裝備與技術缺乏國產化和自主性，與國際油服公司研發的軟件及技術持續性強、集成性高、可信賴度高的特點形成鮮明對比，自我研制水平低成為阻礙我國技術進步的關鍵因素。

　　3.我國油服企業服務隊伍較少

　　國內外各油服公司大多擁有自己的服務隊伍。國外油服公司隊伍較多，哈里伯頓等國際油服公司一般服務隊伍數量大于 1 000，我國油服企業的服務隊伍較少，主要集中在中石油、中石化、中海油三大國營企業以及杰瑞股份等部分私營企業。服務隊伍少，阻礙了油氣項目的獲取，繼而影響壓裂酸化技術水平提升。

　　4.我國壓裂酸化技術擁有國際核心專利數量少

　　國際發達油服公司如威德福、哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝四家公司的國際核心專利擁有數量都在 1 000 個以上[21]，而我國油服企業中擁有國際核心專利數量最多的中石油也才幾十個，專利技術缺乏成為阻礙我國油服企業開拓市場、提高壓裂酸化裝備及技術水平的重要因素。

　　5.我國壓裂酸化技術基礎理論研究薄弱

　　通過基礎理論研究提出新儀器新方法的設想、理論、試驗和樣機雛型能夠促進裝備及技術更新發展，國際油服公司在這方面已經有很大優勢，如斯倫貝謝擁有紐約道爾和劍橋兩大研究中心[22]，并憑借其優越的工作條件和寬松的學術環境留住了近 200 名全世界的科技精英，擁有大量緊跟國際科學發展前沿的技術研究項目，而我國的基礎理論研究水平較國外發達油服公司還有一定差距。

　　( 三) 我國壓裂酸化技術面臨的機遇

　　1.進口國局勢動蕩迫使我國壓裂酸化技術快速發展

　　我國原油和天然氣對外依存度較大。據 2019 年《BP 世界能源統計年鑒》公布，2018 年我國原油對外 依 存 度 達 到 72%，天然氣對外依存度達到 43%，我國已成為全球第一大天然氣進口國。我國原油進口來源國主要集中在中東等地緣政治不穩定地區，2019 年上半年，僅從沙特進口原油就占我國總進口原油的 15. 37%[23]，但 2019 年 9 月沙特遭受襲擊導致 570 萬桶/日的原油供應中斷。中東地區的不穩定性迫使我國油服企業必須快速提升壓裂酸化技術水平，以滿足我國的原油及天然氣需求，保障國家能源安全。

　　2.國家制定相關政策促進我國壓裂酸化技術的發展

　　國家有關部門制定相關政策( 見表 1) ，鼓勵我國石油公司加大勘探開發力度，推動油氣資源產量上升，加大油氣管網設施建設，保障國家能源安全。新政策通過規范油氣資源勘查開采權利，有序開放油氣資源勘查開采市場，大力推動油服企業特別是民營油服企業進入油氣資源勘查開采市場。民營油服企業在與國營油服企業的市場競爭中獲得公平地位，從而使得我國油服企業越來越多，激烈的競爭環境有利于推進我國壓裂酸化技術的發展與進步。

　　3.未來壓裂酸化市場潛力大，可促進壓裂酸化技術的提升

　　由于我國常規油氣資源稟賦受限，未來增儲上產主要依靠非常規油氣資源，而頁巖油氣田是其中最主要的部分，因此未來壓裂酸化市場主要集中于頁巖油氣田開發。我國頁巖油氣資源主要分布在四川盆地、江漢盆地、準噶爾盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、塔里木盆地、揚子地臺和蘇北盆地，目前已形成或正在建設一些規模開采的頁巖油氣田。[24]按照國家能源局頁巖氣發展規劃，在市場開拓順利和政策支持到位的情況下，2020 年力爭實現頁巖氣產量 300 億立方米，2030 年實現頁巖氣產量 800 ～ 1 000 億立方米，意味著未來頁巖氣開發將會全面展開，我國頁巖氣產量和預測產量逐步增多，壓裂酸化裝備與技術的應用必然與日俱增，有利于壓裂酸化技術的提升。

　　( 四) 我國壓裂酸化技術面臨的威脅

　　1.國際油服公司壓裂酸化技術發展蒸蒸日上

　　威德福、哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝等國際油服公司壓裂酸化裝備與技術基本實現高水平化、自主化、高信息化和智能化，核心部件也已實現國產化和高性能化，且已實現高度集約化、系統化、標準化作業。國際油服公司的裝備及技術國際認可度較高，占據大部分國際市場份額，其裝備及技術研發能力更為先進，裝備性能不斷提升，意味著其會進一步擴大國際市場，這給我國油服企業帶來一定的壓力和威脅。

　　2.國外壓裂酸化市場對中國標準認可度不高

　　我國主要裝備制造企業已全部通過 ISO9000 質量管理體系、ISO4000 環境管理體系和 ISO10012 測量管理體系等機構認證，國內市場對我國大型油服企業認可程度較高，但國外市場對中國標準認可程度較低。除部分技術標準尚不健全的國家比較認可我國的技術標準外，大部分國家仍以歐美標準為主，特別是在北美洲和歐洲地區，這成為阻礙我國壓裂酸化市場擴張及技術進步的重要因素。

　　四、我國壓裂酸化難點技術及未來趨勢

　　通過對我國壓裂酸化技術現狀的 SWOT 分析，深度剖析其優勢、劣勢、機遇及威脅，進一步總結出我國壓裂酸化技術發展的瓶頸，即難以突破的難點技術( 見表 2) ，由此可以洞悉我國壓裂酸化技術未來的發展趨勢。

　　( 1) 陸上裝備方面: 應更加注重環保，電驅動壓裂泵車已然是頁巖能源開采設備的必然發展趨勢，未來需要功率更大、排量更大、壓力更大的壓裂設備; 未來更加注重自動化等高科技技術，機電液一體化、自動控制、傳感、遙控等先進技術將會在油田壓裂車上得到廣泛應用; 更加注重集中控制系統的研制和發展，注重核心部件的研發投入。

　　( 2) 井下工具方面: 應著重于提高對壓裂作業的精細化控制要求; 需自主研發成體系的壓裂酸化工具，形成自己的核心競爭力。

　　( 3) 入井材料方面: 壓裂液應更加注重低殘渣、低傷害、低成本、配置簡單、可操作性強; 根據地層、污染情況來確定合適的酸液體系，針對不同地質條件開發相應的酸液體系; 多關注低密度支撐劑，降低油氣開采成本，減少油層傷害和地下水污染。

　　( 4) 優化監測技術方面: 越來越趨向于壓裂開發一體化軟件的研制與使用，未來將更注重監測儀器布局與壓裂裂縫參數監測精度之間的關系，對其進行合理布局。

　　( 5) 管理模式方面: 應全面實現系統化、標準化、集成化、協同化、自動化以及流程化。

　　五、我國壓裂酸化技術發展對策建議

　　基于以上分析可知，我國壓裂酸化技術未來的發展思路為瞄準前沿技術，強化前沿技術獲取與發展; 加強技術自主創新和新技術的引進，加快難點技術的攻關; 整合優勢特色技術，保持優勢領域技術領先。結合該思路，提出促進我國壓裂酸化技術發展的對策建議。

　　( 1) 加強壓裂酸化理論研究。加強儲層基礎評價實驗技術研究，著重于地應力大小、方向研究以及巖石力學參數測試等; 加強材料性能評價與研發理論研究，著重于評價液體粘彈性、濾失及表界面化學等性能以及酸液的流變、腐蝕等性能; 進行模擬實驗，研究裂縫起裂和延伸機理及有效支撐裂縫與支撐劑運移規律，指導壓裂工藝參數的優化。[25-27]

　　( 2) 推進壓裂酸化裝備國產化，改進工具質量。我國未來聚焦于核心技術國產化、自主化，進軍深層次作業和深海裝備，實現智能化控制等方面。需加大裝備科研投入，設立壓裂酸化裝備研究機構，設立相應的實驗室、檢驗所等，積極引進高新技術科研人才; 采取多種思路開發井下工具，在耐高溫高壓性能、可溶材料徹底降解問題以及智能化控制方面進行技術攻關，同時建立完善的質量管理體系。[28]

　　( 3) 促進壓裂酸化液體體系環保發展。壓裂酸化施工中液體對地層的傷害問題已經引起了國內外研究者的高度關注。因此，我國油服企業在開發壓裂酸化液體及其添加劑時，應關注材料的環保性能，降低地層傷害率，并盡快建立壓裂液標準及傷害評價方法，規范和指導壓裂液技術發展。

　　( 4) 完善壓裂酸化信息化建設。完善信息化建設，構建壓裂酸化數據庫，可以將勘探開發井、勘探探井和不同區域施工井的歷史資料、單井數據及總結經驗錄入數據庫，進行科學歸檔，以避免有價值資料的流失，且方便管理、保存、查詢和利用，同時還可以實現資源共享，提高壓裂數據的利用率，因此我國應加大力度建立壓裂專用數據庫。

　　( 5) 推廣壓裂酸化工廠化作業。我國壓裂酸化工廠化作業還處于探索階段，需要加快推廣進程，組建工作專家組保證作業從勘探、開發、地面工程建設到后期調整等方面順利進行，確保各項技術經濟適用，同時通過制定科學的調整方案，保證工廠化作業模式科學高效運行，從而提高設備使用率，此外還要注意加強現場管理，實現統籌安排。

　　( 6) 提高中國標準在資源國的認可度。提高中國標準認可度有利于獲取油氣項目，開拓國際市場，故我國油服企業在合作區開展油氣業務帶動技術服務隊伍的同時，應該加大技術裝備同步滲透力度，加大中國技術標準在資源國認可程度，增強我國油服企業的國際競爭力。

　　( 7) 建立高質量服務隊伍。隨著非常規油氣開發規模的不斷擴大，未來國內外油服企業壓裂酸化服務隊伍數量會不斷加大、服務能力會顯著提升。我國油服企業想要占據更大的市場份額、增加市場競爭力，必須建立更多高質量的服務隊伍，以達到在不同地區、不同環境獲取更多項目并順利完工的目的。

　　六、結語

　　面對我國油氣新儲集層和區塊開發難度增大、增產措施改造對象越趨復雜以及油服企業壓裂酸化技術日益精進的競爭形勢，提升自身壓裂酸化技術水平刻不容緩。本文利用 SWOT 分析法對我國壓裂酸化技術發展現狀進行深度剖析，從陸上裝備、井下工具、入井材料、優化監測技術、管理模式五方面總結了我國壓裂酸化領域存在的難點技術及未來的發展趨勢，提出了攻克難點技術及實現持續發展的對策建議，豐富了壓裂酸化技術的相關研究，同時所提出的對策建議可以為我國油服企業改進壓裂酸化技術、實現長久發展提供借鑒。