2025年6月27日，在新疆油田公司吉慶油田作業(yè)區(qū)，石油工人正在做壓裂準備工作。
2025年6月27日，新疆油田公司采油工藝研究院（監(jiān)理公司）技術(shù)人員正在檢查壓裂車、高壓管線等壓裂設備情況。
2025年6月26日，吉木薩爾頁巖油壓裂現(xiàn)場，采油工藝研究院技術(shù)人員查看射孔作業(yè)使用的橋塞。 裘新農(nóng) 攝
壓裂開工前團隊討論方案設計要點。 裘新農(nóng) 攝
2025年6月27日，在新疆油田公司吉慶油田作業(yè)區(qū)，石油工人在檢查注水管線，為壓裂作業(yè)做準備。
2025年6月26日，吉木薩爾頁巖油壓裂現(xiàn)場信息室，采油工藝研究院技術(shù)人員通過監(jiān)視器和數(shù)據(jù)顯示屏實時監(jiān)控現(xiàn)場作業(yè)情況。圖片除署名外均由克拉瑪依融媒記者 閔勇 攝
2024年11月26日，新疆吉木薩爾國家級陸相頁巖油示范區(qū)產(chǎn)量達到100.6萬噸，成為我國首個年產(chǎn)突破百萬噸的頁巖油示范區(qū)。
作為國內(nèi)首個示范區(qū)，該作業(yè)區(qū)率先探索頁巖油規(guī)模效益開發(fā)，目前已累計新鉆井255口，建成產(chǎn)能179萬噸，單井EUR（最終可采儲量）達3.5萬噸以上，為國內(nèi)綜合效果最優(yōu)，一躍成為頁巖油規(guī)模開發(fā)的“排頭兵”。
內(nèi)無經(jīng)驗借鑒，外有技術(shù)封鎖，一路走來，新疆油田公司采油工藝研究院（監(jiān)理公司）（以下簡稱“采油院”）可以說是摸著石頭過河，在最困難的時候，采油院選擇刀刃向內(nèi)，強化自我修煉，突出科技自強，十年如一日地攻克廣域支撐、套變挑戰(zhàn)等多個壓裂難題，為新疆油田高質(zhì)量發(fā)展和保障國家能源安全立下了汗馬功勞。
一重奏
水平井“穿針引線”破巖層
2011年，吉25井獲工業(yè)油流，從而發(fā)現(xiàn)了10億噸級特大型油田——吉木薩爾頁巖油，引起了國內(nèi)外的廣泛關注。
“頁巖”，顧名思義，就是如書頁般層層分布的巖石，具有薄頁狀或薄片層狀的節(jié)理，而頁巖油便是儲藏在這種石頭縫里的石油。
然而，由于頁巖油屬于非常規(guī)油氣資源，之前國內(nèi)并無太多開采先例和經(jīng)驗可循，加之其獨特復雜的地質(zhì)條件，吉木薩爾頁巖油的開發(fā)難度可以說是世界級的。
彼時，受全球能源需求持續(xù)增長、傳統(tǒng)石油儲量減少等因素的影響，頁巖油的市場需求持續(xù)攀高，“解鎖”這塊地下寶藏是當務之急。
“扎實推進吉木薩爾頁巖油效益上產(chǎn)工程，持續(xù)推動頁巖革命，對新疆油田高質(zhì)量發(fā)展，更好保障國家能源安全具有重大意義，我們必須‘硬著頭皮上’?！辈捎驮翰捎蜌夤こ谈呒墝＜以S江文說，“沒有經(jīng)驗就摸索，沒有條件就創(chuàng)造?！?/p>
為此，采油院等單位集聚科研力量，成立項目組，持續(xù)開展工程技術(shù)研究專項攻關。
吉25井獲工業(yè)油流后，?油田公司在該地區(qū)緊鑼密鼓地又部署了20口直井?，實施了分層壓裂試油。壓裂，即是一種通過向油層中注入高壓液體或氣體，使油層產(chǎn)生裂縫，從而增加油層與井筒之間的連通性，提高油井產(chǎn)量的方法。其中，14口井獲工業(yè)油流。但是，這14口井的日產(chǎn)、累產(chǎn)較低，生產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益較差。
起個大早卻趕了個晚集，采油院的技術(shù)人員自然心有不甘。
大家理清思路，開始從地質(zhì)上對吉木薩爾頁巖油的儲層和地層重新展開認識。作為典型的陸相沉積，其儲層具有單砂體厚度薄、非均質(zhì)性強、地層能量不足、巖性致密等特點，油藏就像“威化餅干”，而原油就是夾在“餅干”中間的“奶油”。
“傳統(tǒng)直井就像用‘筷子’直勾勾地夾‘餅干’，根本無法在‘千層餅’般的頁巖中直接夾到‘奶油’，要想精準吃到‘奶油’，就得借助會‘拐彎’的水平井?！辈捎驮涸洪L助理兼工程方案研究所所長王明星解釋道。
2012年，在直井壓裂效果不理想的情況下，采油院不斷加快對頁巖油的勘探開發(fā)和研究步伐，陸續(xù)在此方面取得勘探的重要進展，并進行了頁巖油勘探與開發(fā)先導試驗，先后完成了14口水平井壓裂改造。通過充分試驗各種壓裂工藝，實現(xiàn)了“萬方液、千方砂”的壓裂目標，并達到了國內(nèi)外壓裂作業(yè)先進水平。在首次對吉172_H井進行壓裂后，增油效果十分顯著，吉172_H井初期原油產(chǎn)量達到了70噸/天，這讓所有人都欣喜不已。
于是，2013年至2014年期間，采油院趁熱打鐵，在吉172_H井西南方位又部署了10口先導試驗井，但致密復雜的地層再次成為“出油”的阻礙，10口先導試驗井在產(chǎn)量上不盡人意。
如果采油通道只有水平井一條，那散落在地層里的“奶油”就不能被充分取出，更何況，水平井的投資是普通井5倍以上，效益更無從談起。采油院的技術(shù)人員開始冥思苦想到底問題出在了哪里？
二重奏
廣域支撐“織網(wǎng)架橋”通油路
當時國內(nèi)開展頁巖油研究與試驗的時間尚短，對頁巖油儲層的地質(zhì)、工程認識不足阻礙了頁巖油的開發(fā)。
“2011年直井吉25井壓裂試油18.5噸，直井15井20層獲工業(yè)油流，按照常規(guī)油藏的經(jīng)驗，我們錯以為是‘滿凹含油’?！辈捎驮涸囉屯昃芯克L李佳琦說。
“當然，這次失敗并非一無所獲，反而為頁巖油開發(fā)闊步向前打下了基礎，它讓我們認識到陸相頁巖油的開發(fā)難度之大、技術(shù)之復雜，‘滿凹分布、縱向連續(xù)含油’只是它的表象，常規(guī)油藏的經(jīng)驗并不適用頁巖油?！痹S江文補充道。
短暫的失利后，采油院再次重整旗鼓，整裝出發(fā)，全力開展頁巖油儲層巖石力學評價及裂縫擴展規(guī)律與應用技術(shù)研究。
在吉木薩爾頁巖油的開發(fā)過程中，技術(shù)人員在進行頁巖儲層復雜裂縫擴展物理模擬實驗研究時發(fā)現(xiàn)，受微裂縫和層理縫影響，儲層裂縫擴展路徑較復雜，呈現(xiàn)主裂縫、轉(zhuǎn)向縫和層理縫共存的多尺度縫網(wǎng)特征。不同尺度裂縫寬度差異大，亟需優(yōu)化壓裂技術(shù)參數(shù)，實現(xiàn)多尺度縫充分支撐。
“想要油井產(chǎn)量高，造縫是關鍵！”采油院企業(yè)高級專家紀擁軍直言，壓裂改造就是給地層造縫，縫越多，產(chǎn)油的“通道”就越多，產(chǎn)量自然就上去了。
“當然，撐好縫也十分關鍵?！辈捎驮阂患壒こ處熗蹩〕f道。
“通過對地質(zhì)、鉆井、測試、全直徑巖心、露頭等資料的收集、整理和分析，我們得出頁巖儲層多尺度天然裂縫的分布規(guī)律?！蓖趺餍墙榻B，我們通過物模試驗和數(shù)值模擬，建立了水力裂縫和頁巖油層天然裂縫相互影響的力學模型，提出適用于研究區(qū)塊的頁巖油層水平井壓裂的機理和評價方法。
此外，采油院還研究區(qū)塊頁巖儲層特征及天然裂縫發(fā)育程度、頁巖油層水平井壓裂裂縫形態(tài)及天然裂縫對人工裂縫擴展的影響。
經(jīng)過多年的研究與攻關，采油院形成了一套針對頁巖油儲層的巖石力學評價方法，包括理論成果及施工工藝的新技術(shù)。巖石力學評價及裂縫擴展規(guī)律研究成果為頁巖油儲層壓裂改造優(yōu)化設計，以及后續(xù)頁巖油規(guī)模有效開發(fā)提供技術(shù)支撐。
為解決“多尺度裂縫體系廣域支撐難”的問題，采油院圍繞“造好縫”“撐好縫”兩個方向，開展復雜縫網(wǎng)構(gòu)建、支撐劑在多級裂縫體系內(nèi)運移規(guī)律、高效泵注等技術(shù)研究，建立了吉木薩爾頁巖油廣域支撐壓裂技術(shù)體系。
該技術(shù)一經(jīng)應用，提產(chǎn)提效顯著。2020年，采油院通過開展廣域支撐壓裂技術(shù)試驗兩口井，較前期區(qū)塊同層投產(chǎn)井一年期產(chǎn)量提升30%。2021年規(guī)模推廣后，單井年產(chǎn)油量大幅提升，單井EUR從2.9萬噸提高至3.5萬噸。
三重奏
工藝革新“點石成金”降成本?
產(chǎn)量的問題解決了，成本居高不下的新問題又出現(xiàn)了。
“我們這么努力地攻堅克難，說到底就是為了‘效益’二字?！奔o擁軍說，但單井改造成本高、效益建產(chǎn)難度大成了創(chuàng)效路上的“攔路虎”。
王明星補充說：“2011年至2015年我們使用的壓裂支撐劑主體采用陶粒，這是成本高的一個關鍵因素。當時，我們就在想能不能用更為便宜的材料進行有效替換?！?/p>
隨后，科研人員通過建立簇間距和導流能力協(xié)同優(yōu)化模擬方法，同時考慮應力場變化的影響，綜合評價全生命周期作用在支撐劑上有效閉合應力，認識到價格更便宜的石英砂也可滿足儲層改造需求。
目前，該示范區(qū)已實現(xiàn)全區(qū)石英砂替代，千米改造段長EUR與陶粒井相當，總替代量上百萬方。僅這一項就讓給采油院省了二十多億元。
而另一個讓壓裂成本溢價的原因則是壓裂液費用的不斷增加。
采油院技術(shù)骨干李嘉成表示：“我們始終堅信，成本是設計出來的，一切成本皆可控。”
壓裂液在水力壓裂過程中用于造縫和攜帶支撐劑，以便形成高導流能力的支撐裂縫——即油氣流動的高速通道。目前壓裂液體主要有交聯(lián)凍膠、線性膠、滑溜水。
傳統(tǒng)“粘度攜砂”是指在常規(guī)壓裂中，往往采用小、中等排量，大多需要依靠具有高粘度彈性的交聯(lián)性壓裂液體系（即凍膠，稠化劑、交聯(lián)劑費用占比高）進行攜砂，以確保加砂安全和人工裂縫的有效支撐；“速度攜砂”是指低粘度液體（如滑溜水，主要成分為水和減阻劑，費用約為凍膠的1/2）在高速度渦流流動下具有攜砂能力，是建立在以速度為基礎上的攜砂模式。
隨著水平井大規(guī)模體積壓裂技術(shù)的不斷發(fā)展，加之采油院自主研發(fā)的低摩阻變粘壓裂液體系，使得夢想照進現(xiàn)實，單方液成本下降了60%，總應用量達上千萬方，節(jié)省費用數(shù)十億元。
采油院在降低支撐劑和壓裂液費用的同時，還不斷迭代地質(zhì)工程一體化的精準壓裂設計技術(shù)，聚焦提高設計精度、提高改造均衡程度、提高縫控儲量，構(gòu)建地質(zhì)工程一體化精準壓裂設計模式，設計符合率提升至98%以上，液砂比由13.5降至11.9，壓裂成本進一步控降，為推動吉木薩爾頁巖油低成本、高效益開發(fā)樹立了典范。
四重奏
套變防控“攻堅克難”破瓶頸
可正當新疆吉木薩爾國家級陸相頁巖油示范區(qū)建設進入快車道，向著頁巖油革命的勝利大步邁進之時，平臺井整體壓裂模式下套管變形問題日益突出，成為制約示范區(qū)建設的瓶頸問題。2019年，示范區(qū)28口井套變7口，套變占比25%，2023年，55口井套變24口，套變占比高達44%，造成了極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。?
采油院迎難而上，全面發(fā)力攻克套變難題。?科研人員通過優(yōu)化套管選型，從工程上提質(zhì)。
隨后，針對集中套變問題，采油院與國內(nèi)外知名專家共同研討，借腦引智，統(tǒng)一了“集中壓裂引發(fā)斷層滑移產(chǎn)生的剪切力是新的有效外壓力”的認識，明確了套變防控攻關方向。
“我們結(jié)合吉木薩爾頁巖油前期套變實踐認識，確立了‘壓前找斷裂+調(diào)參數(shù)預防、壓中動態(tài)監(jiān)測調(diào)控、套變后高效治理’一體化攻關思路，并以此建立了套變防控技術(shù)體系?！崩罴纬烧f。
“實踐、認識、再實踐、再認識”，歷經(jīng)“三起兩落”的曲折探索過程，采油院團隊創(chuàng)新攻關6項技術(shù)，迭代升級2項技術(shù)，形成吉木薩爾頁巖油套變防控技術(shù)體系，最終實現(xiàn)從無到有、從淺到深、從簡到精的突破，成為支撐示范區(qū)高質(zhì)量建設的利器。
自2024年迭代建成套變防控技術(shù)以來，現(xiàn)場壓裂水平井上百口，實現(xiàn)零丟段，套變井占比由44%降至17%。
經(jīng)過十余年的探索實踐，目前，吉慶油田作業(yè)區(qū)已經(jīng)發(fā)展出了一套“縫藏匹配+精準改造+廣域支撐”組合式的壓裂技術(shù)。
“該技術(shù)能夠在壓裂方案設計階段，根據(jù)不同油藏特性（如儲層厚度、應力場、天然裂縫發(fā)育程度等），立體化地優(yōu)化設計壓裂方式與參數(shù)。例如，精細設計裂縫網(wǎng)絡形態(tài)（如縫寬、縫長）、優(yōu)化分段分簇策略等，確保最大化縫控儲量?！蓖趺餍钦f。?
通過多方位論證壓裂工藝、壓裂參數(shù)與儲層的適配性，并實施縮小簇間距等關鍵技術(shù)，該示范區(qū)在壓裂中大幅降低了原油流動阻力，保證了儲層充分動用。
同時，為了確保每一條裂縫都能在壓裂過程中維持穩(wěn)定，工程技術(shù)人員還針對不同寬度的裂縫加入了不同粗細的材料。因為壓力產(chǎn)生的裂縫寬度不一，不同的裂縫需要采取不同的石英砂粒徑組合：主縫就相當于一條高速公路，需要對它拓寬；小縫就像是一條條鄉(xiāng)村小道，需要確保支撐劑能夠鋪置延伸到裂縫的最遠端。
此外，針對頁巖油部分區(qū)塊原油黏度高、流動性差的問題，采油院還開展了二氧化碳前置壓裂實驗，將液態(tài)二氧化碳注入地層中，在有效驅(qū)油的同時，還能實現(xiàn)碳埋存與利用。
工貴其久，業(yè)貴其專，初心如磐，使命如炬。在技術(shù)和努力的不斷加持下，采油院在頁巖油開發(fā)的主戰(zhàn)場上百煉成鋼，與吉慶油田作業(yè)區(qū)聯(lián)合申報的成果《吉木薩爾頁巖油效益開發(fā)關鍵技術(shù)與百萬噸油田建成》獲得2024年度新疆油田公司科學技術(shù)獎特等獎。
回首來時路，采油院用科技自立自強把“不確定”變成了“向前進”，把“不可能”變成了“一定能”，為國家級首個陸相頁巖油示范區(qū)和保障國家能源安全貢獻著不竭力量。