我国石油工程领域压裂酸化技术现状、未来趋势及促进对策
摘要: 随着我国经济水平的提高，日常生活对石油和天然气的消耗也越来越多。近年来油田开发难度持续增加，作为油田增产重要手段的压裂酸化技术发挥着越来越重要的作用，持续提高压裂酸化技术水平成为油田开发的重中之重。利用 SWOT 分析法对我国压裂酸化技术发展现状进行分析，在总结我国压裂酸化难点技术及未来发展趋势的基础上，提出了加强理论研究、推进装备国产化、完善信息化建设、建立高质量服务队伍等促进我国压裂酸化技术发展的对策建议，以期为我国油服企业提升压裂酸化技术提供借鉴。
张冕; 池晓明; 刘欢; 夏玉磊; 张文雪; 李璐， 中国石油大学学报(社会科学版) 发表时间：2021-08-17
关键词: SWOT 分析; 压裂酸化; 难点技术; 发展趋势; 对策建议
一、引言
压裂酸化技术是实现油气田增产的进攻性技术，在油气开发中的作用越来越重要，可以大幅度提高油气井产量，是国内外各大油田实现增产稳产的主要技术手段。近年来，面对我国石油新储集层和区块开发难度增大、增产措施改造对象越趋复杂、老油区增产稳产性不容乐观的严峻态势，国家有关部门制定了一系列相关政策，鼓励我国石油公司加大勘探开发力度，推动油气资源产量上升，如国家发改委发布的《关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》以及国家能源局发布的《页岩气发展规划 ( 2016—2020 年) 》，都把推进油气产业发展作为重中之重。我国严峻的油气产量形势，使得推进压裂酸化技术的发展成为当务之急。因此，为了实现我国压裂酸化技术的快速发展，掌握我国压裂酸化技术的现状、存在的难点技术以及明确我国酸化技术的发展趋势至关重要。
二、文献综述
对于压裂酸化技术，目前国内外学者主要从压裂酸化技术的研发、压裂酸化技术的现状及发展趋势两个方面展开研究。
在压裂酸化技术的研发方面，刘建坤等[1]开展的交替注酸压裂技术研究可为致密砂岩储层的有效压裂提供技术支持。于喜艳等[2]为解决海上低渗储层酸化低效问题进行微压裂改造，大幅提高了作业泵注能力，增产效果显著。李杰等[3]研发了一种新型有机土酸酸化技术，能有效改善地层渗透率，提高了增产效果。魏国[4]阐述了包括闭合酸化压裂技术创新、水力喷射酸化压裂创新等在内的集中压裂酸化技术的应用创新。陈勇军等[5]针对疏松砂岩进行过筛管压裂的研究，可有效治理低产低效井。孙林等[6]研发了海上油田爆燃压裂技术，来解决海上油田压裂后高效增产的技术难点和爆燃压裂技术的安全性问题。周林波等[7]研发了超深井新型水力喷射定点酸化压裂技术，用于解决常规笼统酸化压裂技术无法控制裂缝位置等问题。邹剑等[8]提出了致密砂岩油气藏水平井压裂增产方法和技术以及新型酸液优化体系，有助于解决海上油田压裂增产方法与技术费用高、难度大的问题。赵荣华等[9]开展了复合暂堵转向酸化压裂技术研究，在塔河油田应用后增油效果明显。陈勇[10]通过室内实验研究了满足酸化作业要求的 DC-1 复合酸体系，结合爆燃压裂酸化复合增产技术，应用后取得了明显增产效果。苏奇等[11]开展了固体酸酸化压裂技术研究，成功解决了现有酸化压裂技术有效距离短、改造效果差的问题。
在压裂酸化技术的现状和发展趋势方面，李小凡[12]评述了油气井解堵增产技术的研究现状，并对今后的研究方向提出了展望。张庆峰[13]介绍了转向压裂技术的优缺点以及未来的发展前景。沈云波等[14]对水平井分段压裂酸化工艺技术现状进行了评述。王彦玲等[15]提出随着转向压裂技术的广泛应用，在该技术中发挥重要作用的暂堵剂也有很大的发展，并指出未来研究重点在于残渣量小、封堵强度高的水溶性暂堵剂，其中具有自清洁性的可降解暂堵剂也是重要的发展方向。寇胜彬[16]介绍了酸化压裂技术在实际应用中的优势，并指出复杂特殊区块油田以及量酸液复合体在油气层中的应用是未来研究的重点。张彰[17]分析了转向酸化酸压裂技术的优劣势，并指出该技术未来将朝着多功能、多方向不同系列的酸压裂发展。赵世龙[18]指出现阶段酸化压裂技术的主要研究方向为反复应用压裂工艺进行压新缝操作等。陈超等[19]探讨了低渗透油田压裂技术及发展趋势，指出水平井压裂技术是未来的趋势。Zhao 等[20]认为暂堵调井增产技术得到了广泛应用，热敏压裂导流剂和自转酸酸化导流剂符合今后油气资源开发的发展趋势。
由文献梳理可知，目前对压裂酸化技术的研究大都集中在压裂酸化技术的研发创新上，缺少结合理论分析工具进行现状评述的研究，更缺少对我国压裂酸化技术现状及发展趋势进行分析的研究。因此，本文利用 SWOT 分析法对我国压裂酸化技术现状进行分析，洞悉发展趋势，提出促进我国压裂酸化技术进步的针对性建议。
三、我国石油工程领域压裂酸化技术现状 SWOT 分析
我国压裂酸化技术已经有了一些突破，但仍存在难以攻克的难点技术，利用 SWOT 分析法，总结其优势和劣势，分析其机遇与挑战，以寻求解决问题的对策和措施。压裂酸化技术的实施主要涉及陆上装备、井下工具、入井材料、优化监测技术以及管理模式等。陆上装备，指产生较高排量、压力的压裂车组和地面设备等; 井下工具，指能够满足不同井况的封隔之类的工具; 入井材料，主要是对油气层进行压裂改造时使用的工作液; 优化监测技术，优化设计是对施工方案和施工过程进行不断择优和调整的动态过程，监测技术是通过采集压裂施工过程中的参数资料来分析地下压裂缝情况和施工进展情况的技术; 管理模式，指促进压裂酸化工作效果的管理手段及工作模式，主要包括作业形式和信息化建设能力。围绕这五个方面并结合其他因素对我国压裂酸化技术现状展开 SWOT 分析。
( 一) 我国压裂酸化技术优势分析
1.我国压裂酸化技术在性能方面的优势
具体来说，在陆上装备方面，我国装备功率较大，常用 2 500 马力以上的压裂泵车车组，对泵车车组、连续油管系统、配套的连续输砂装置和液体输送与配液装备进行系统集成，研发并使用了电动和双燃料驱动装备。在井下工具方面，学习世界各油气企业先进技术，推进装备各性能提升，我国在常规井使用的井下工具已实现自给自足。在入井材料方面，我国入井材料种类丰富，性能良好，基本满足了国内不同类型储层改造的需求，部分压裂液体系在稳定性能、破胶性能、防膨性能等方面处于国际领先水平，且其来源简单易得，成本低廉。在优化监测技术方面，部分优化技术已达到国际领先水平，如中石油的一体化技术，其套管变形预测技术达到国际领先水平，并具备深井、浅井和地面微地震数据采集的能力，业务能力全面; 在数据处理解释及评估技术方面与国外发达油服公司不分上下。在管理模式方面，积极学习国际油服企业的作业方式及管理模式，已初步形成工厂化作业模式，如适合川渝地区页岩气藏开发的“井工厂”技术，主要包括快速安全钻完井技术、储层改造技术和实时随钻监测与测量技术等; 信息化建设也已初具成效，建立了压裂酸化信息化系统等。
2.我国压裂酸化技术占据国内大量市场份额
我国压裂酸化技术在国内市场竞争力很强，占据绝大部分市场份额，国外油服企业受制于我国的行业体制限制，仅占据我国约 5%的油服市场份额，我国主要油服企业市场份额占比如图 1 所示。目前我国压裂酸化市场主要由中国石油宝鸡石油机械有限责任公司( 以下简称宝鸡石油机械公司) 、中石化四机石油机械有限责任公司( 以下简称中石化四机厂) 、烟台杰瑞石油服务集团股份有限责任公司( 以下简称杰瑞股份) 三家占有。其中，中石化四机厂和杰瑞股份由于技术积淀，国内市场占有率均维持在 20% ～40%范围内; 宝鸡石油机械公司虽短期内很难做到与杰瑞股份和中石化四机厂的成套设备相媲美，但受益于中石油内部采购优先权，其压裂酸化技术服务能力仍为我国油服行业的佼佼者。此外，三一重工有限公司也占据一定市场份额。
( 二) 我国压裂酸化技术劣势分析
1.我国压裂酸化技术在性能方面的不足
具体来说，在陆上装备方面，底盘、发动机、变速箱等核心装备部件依赖进口，造成核心竞争力和发展受到限制，装备制造的多样化发展略显缓慢。在井下工具方面，精细化作业油气井领域使用的井下工具仍需要进口，在超高温高压的非常规井领域使用的井下工具仍有所欠缺，缺乏深海作业能力。在入井材料方面，在耐高温高压、清洁环保方面的表现不够突出，作为主要入井材料的酸液产品在缓蚀长效方面也不及国外产品。在优化监测技术方面，优化监测软件装备依赖进口，监测复杂裂缝的能力需要进一步提升。在管理模式方面，作业形式大多采用传统化工作模式，工厂化作业与国外相比还处在探索应用阶段，信息化建设仍有所欠缺，尚未开展人工智能数据分析。
2.我国压裂酸化技术研发能力有所欠缺。
我国压裂酸化技术的研发能力弱于国际油服公司，自研软件及技术应用范围小，核心部件主要依赖进口，相关装备与技术缺乏国产化和自主性，与国际油服公司研发的软件及技术持续性强、集成性高、可信赖度高的特点形成鲜明对比，自我研制水平低成为阻碍我国技术进步的关键因素。
3.我国油服企业服务队伍较少
国内外各油服公司大多拥有自己的服务队伍。国外油服公司队伍较多，哈里伯顿等国际油服公司一般服务队伍数量大于 1 000，我国油服企业的服务队伍较少，主要集中在中石油、中石化、中海油三大国营企业以及杰瑞股份等部分私营企业。服务队伍少，阻碍了油气项目的获取，继而影响压裂酸化技术水平提升。
4.我国压裂酸化技术拥有国际核心专利数量少
国际发达油服公司如威德福、哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢四家公司的国际核心专利拥有数量都在 1 000 个以上[21]，而我国油服企业中拥有国际核心专利数量最多的中石油也才几十个，专利技术缺乏成为阻碍我国油服企业开拓市场、提高压裂酸化装备及技术水平的重要因素。
5.我国压裂酸化技术基础理论研究薄弱
通过基础理论研究提出新仪器新方法的设想、理论、试验和样机雏型能够促进装备及技术更新发展，国际油服公司在这方面已经有很大优势，如斯伦贝谢拥有纽约道尔和剑桥两大研究中心[22]，并凭借其优越的工作条件和宽松的学术环境留住了近 200 名全世界的科技精英，拥有大量紧跟国际科学发展前沿的技术研究项目，而我国的基础理论研究水平较国外发达油服公司还有一定差距。
( 三) 我国压裂酸化技术面临的机遇
1.进口国局势动荡迫使我国压裂酸化技术快速发展
我国原油和天然气对外依存度较大。据 2019 年《BP 世界能源统计年鉴》公布，2018 年我国原油对外 依 存 度 达 到 72%，天然气对外依存度达到 43%，我国已成为全球第一大天然气进口国。我国原油进口来源国主要集中在中东等地缘政治不稳定地区，2019 年上半年，仅从沙特进口原油就占我国总进口原油的 15. 37%[23]，但 2019 年 9 月沙特遭受袭击导致 570 万桶/日的原油供应中断。中东地区的不稳定性迫使我国油服企业必须快速提升压裂酸化技术水平，以满足我国的原油及天然气需求，保障国家能源安全。
2.国家制定相关政策促进我国压裂酸化技术的发展
国家有关部门制定相关政策( 见表 1) ，鼓励我国石油公司加大勘探开发力度，推动油气资源产量上升，加大油气管网设施建设，保障国家能源安全。新政策通过规范油气资源勘查开采权利，有序开放油气资源勘查开采市场，大力推动油服企业特别是民营油服企业进入油气资源勘查开采市场。民营油服企业在与国营油服企业的市场竞争中获得公平地位，从而使得我国油服企业越来越多，激烈的竞争环境有利于推进我国压裂酸化技术的发展与进步。
3.未来压裂酸化市场潜力大，可促进压裂酸化技术的提升
由于我国常规油气资源禀赋受限，未来增储上产主要依靠非常规油气资源，而页岩油气田是其中最主要的部分，因此未来压裂酸化市场主要集中于页岩油气田开发。我国页岩油气资源主要分布在四川盆地、江汉盆地、准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地、塔里木盆地、扬子地台和苏北盆地，目前已形成或正在建设一些规模开采的页岩油气田。[24]按照国家能源局页岩气发展规划，在市场开拓顺利和政策支持到位的情况下，2020 年力争实现页岩气产量 300 亿立方米，2030 年实现页岩气产量 800 ～ 1 000 亿立方米，意味着未来页岩气开发将会全面展开，我国页岩气产量和预测产量逐步增多，压裂酸化装备与技术的应用必然与日俱增，有利于压裂酸化技术的提升。
( 四) 我国压裂酸化技术面临的威胁
1.国际油服公司压裂酸化技术发展蒸蒸日上
威德福、哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢等国际油服公司压裂酸化装备与技术基本实现高水平化、自主化、高信息化和智能化，核心部件也已实现国产化和高性能化，且已实现高度集约化、系统化、标准化作业。国际油服公司的装备及技术国际认可度较高，占据大部分国际市场份额，其装备及技术研发能力更为先进，装备性能不断提升，意味着其会进一步扩大国际市场，这给我国油服企业带来一定的压力和威胁。
2.国外压裂酸化市场对中国标准认可度不高
我国主要装备制造企业已全部通过 ISO9000 质量管理体系、ISO4000 环境管理体系和 ISO10012 测量管理体系等机构认证，国内市场对我国大型油服企业认可程度较高，但国外市场对中国标准认可程度较低。除部分技术标准尚不健全的国家比较认可我国的技术标准外，大部分国家仍以欧美标准为主，特别是在北美洲和欧洲地区，这成为阻碍我国压裂酸化市场扩张及技术进步的重要因素。
四、我国压裂酸化难点技术及未来趋势
通过对我国压裂酸化技术现状的 SWOT 分析，深度剖析其优势、劣势、机遇及威胁，进一步总结出我国压裂酸化技术发展的瓶颈，即难以突破的难点技术( 见表 2) ，由此可以洞悉我国压裂酸化技术未来的发展趋势。
( 1) 陆上装备方面: 应更加注重环保，电驱动压裂泵车已然是页岩能源开采设备的必然发展趋势，未来需要功率更大、排量更大、压力更大的压裂设备; 未来更加注重自动化等高科技技术，机电液一体化、自动控制、传感、遥控等先进技术将会在油田压裂车上得到广泛应用; 更加注重集中控制系统的研制和发展，注重核心部件的研发投入。
( 2) 井下工具方面: 应着重于提高对压裂作业的精细化控制要求; 需自主研发成体系的压裂酸化工具，形成自己的核心竞争力。
( 3) 入井材料方面: 压裂液应更加注重低残渣、低伤害、低成本、配置简单、可操作性强; 根据地层、污染情况来确定合适的酸液体系，针对不同地质条件开发相应的酸液体系; 多关注低密度支撑剂，降低油气开采成本，减少油层伤害和地下水污染。
( 4) 优化监测技术方面: 越来越趋向于压裂开发一体化软件的研制与使用，未来将更注重监测仪器布局与压裂裂缝参数监测精度之间的关系，对其进行合理布局。
( 5) 管理模式方面: 应全面实现系统化、标准化、集成化、协同化、自动化以及流程化。
五、我国压裂酸化技术发展对策建议
基于以上分析可知，我国压裂酸化技术未来的发展思路为瞄准前沿技术，强化前沿技术获取与发展; 加强技术自主创新和新技术的引进，加快难点技术的攻关; 整合优势特色技术，保持优势领域技术领先。结合该思路，提出促进我国压裂酸化技术发展的对策建议。
( 1) 加强压裂酸化理论研究。加强储层基础评价实验技术研究，着重于地应力大小、方向研究以及岩石力学参数测试等; 加强材料性能评价与研发理论研究，着重于评价液体粘弹性、滤失及表界面化学等性能以及酸液的流变、腐蚀等性能; 进行模拟实验，研究裂缝起裂和延伸机理及有效支撑裂缝与支撑剂运移规律，指导压裂工艺参数的优化。[25-27]
( 2) 推进压裂酸化装备国产化，改进工具质量。我国未来聚焦于核心技术国产化、自主化，进军深层次作业和深海装备，实现智能化控制等方面。需加大装备科研投入，设立压裂酸化装备研究机构，设立相应的实验室、检验所等，积极引进高新技术科研人才; 采取多种思路开发井下工具，在耐高温高压性能、可溶材料彻底降解问题以及智能化控制方面进行技术攻关，同时建立完善的质量管理体系。[28]
( 3) 促进压裂酸化液体体系环保发展。压裂酸化施工中液体对地层的伤害问题已经引起了国内外研究者的高度关注。因此，我国油服企业在开发压裂酸化液体及其添加剂时，应关注材料的环保性能，降低地层伤害率，并尽快建立压裂液标准及伤害评价方法，规范和指导压裂液技术发展。
( 4) 完善压裂酸化信息化建设。完善信息化建设，构建压裂酸化数据库，可以将勘探开发井、勘探探井和不同区域施工井的历史资料、单井数据及总结经验录入数据库，进行科学归档，以避免有价值资料的流失，且方便管理、保存、查询和利用，同时还可以实现资源共享，提高压裂数据的利用率，因此我国应加大力度建立压裂专用数据库。
( 5) 推广压裂酸化工厂化作业。我国压裂酸化工厂化作业还处于探索阶段，需要加快推广进程，组建工作专家组保证作业从勘探、开发、地面工程建设到后期调整等方面顺利进行，确保各项技术经济适用，同时通过制定科学的调整方案，保证工厂化作业模式科学高效运行，从而提高设备使用率，此外还要注意加强现场管理，实现统筹安排。
( 6) 提高中国标准在资源国的认可度。提高中国标准认可度有利于获取油气项目，开拓国际市场，故我国油服企业在合作区开展油气业务带动技术服务队伍的同时，应该加大技术装备同步渗透力度，加大中国技术标准在资源国认可程度，增强我国油服企业的国际竞争力。
( 7) 建立高质量服务队伍。随着非常规油气开发规模的不断扩大，未来国内外油服企业压裂酸化服务队伍数量会不断加大、服务能力会显著提升。我国油服企业想要占据更大的市场份额、增加市场竞争力，必须建立更多高质量的服务队伍，以达到在不同地区、不同环境获取更多项目并顺利完工的目的。
六、结语
面对我国油气新储集层和区块开发难度增大、增产措施改造对象越趋复杂以及油服企业压裂酸化技术日益精进的竞争形势，提升自身压裂酸化技术水平刻不容缓。本文利用 SWOT 分析法对我国压裂酸化技术发展现状进行深度剖析，从陆上装备、井下工具、入井材料、优化监测技术、管理模式五方面总结了我国压裂酸化领域存在的难点技术及未来的发展趋势，提出了攻克难点技术及实现持续发展的对策建议，丰富了压裂酸化技术的相关研究，同时所提出的对策建议可以为我国油服企业改进压裂酸化技术、实现长久发展提供借鉴。