页岩气是四川“气大庆”建设的重要资源，第十一届中国页岩气发展大会特别邀请四川省页岩气勘探开发工程实验室主任、国家级青年人才朱海燕先生现场分享《页岩气地质工程一体化压裂研究进展》。

图为朱海燕先生在大会现场演讲画面

以下为朱海燕先生现场演讲内容

各位专家，各位同仁：

大家下午好！

我代表我们成都理工大学油气地质工程一体化及装备研究团队向各位专家汇报“页岩气地质工程一体化压裂”最新的研究进展，这是我们团队的研究进展。

从以下三个方面进行汇报：

一、研究背景和总体思路

在汇报之前，向各位专家介绍一下我们团队。我们连续三年获批国家自然科学基金的重点项目，2019年《四川盆地深层页岩气安全高效钻井基础研究》，2020年《四川深层页岩气智能传控靶向复合压裂基础研究》，还有今年《开采过程多场时空演变规律与流动调控方法》，这个还是很难得的，很不容易。

1、研究思路

刚才前面专家都说了，页岩气是四川“天然气大庆”建设的重要资源，页岩气开发现在主体技术还是“水平井+分段多簇射孔+大排量”的体积压裂技术。这个技术最开始带到国内的时候，它还是存在很多不适应，不适应的原因就是因为我们四川盆地地质特征的复杂性，它埋藏更深、储层地质条件更加复杂，断层发育、构造比较强烈，最重要的就是地应力差比较高，最高的可以达到20多个MPa。我们怎么去压裂形成更加复杂的裂缝？这一直是我们攻克的难题。

难题一：复杂地质条件下工程地质双甜点评价方法

复杂地质条件下工程地质甜点的预测，北美我们知道最开始就是简单的弹性磨量和矿物组分预测，但是在我们空间高、强分均质的地层条件下该怎么去预测？它除了考虑岩石本身的性能和岩性之外，还要考虑地层的环境，环境包括它的地应力环境和天然裂缝的发育情况。

难题二：复杂裂缝的压裂设计方法

选了甜点之后，怎么去设计呢？对于这种高应力差，深层又含有比较强塑性的情况下怎么去设计，用什么方法去优化？需要建立什么样的理论模型？以及在高应力条件下，多尺度裂缝长效支撑的问题，怎么去预测？我们室内实验只能说是时间是有限的，那么应该怎么去模拟、预测？

难题三：长期开采地应力动态演化，非均匀地应力分布的调整井压裂优化设计方法

长期开采之后，涉及到开采井井周孔隙压力的下降。下降20多个MPa，它会引起近井地带地应力的非均匀变化，这种非均匀的变化是一个时间尺度的，它随着时间逐渐变化。对于我们调整井、加密井或者直井的压裂就会产生一系列影响，我们该怎么预测？

2、总体思路

我们的研究思路就是发挥我们理工大学地质的优势，首先建地质模型，评价它的工程甜点和地质甜点，进行复杂裂缝预测，以及我们多尺度裂缝导入能力的数字模拟。同时，我们在研究长期开采过程中四维地应力时空演化，从而优化调整井、加密井和直井复杂的设计。

二、创新性研究进展

进展一：创建了复杂页岩气储层地质甜点和工程甜点双目标三维勘探的新方法

1、创建了孔-缝分布三维表征方法，优选地质甜点

最开始这个模型是基于岩石的脆性，脆性表征一般是岩屑、岩心尺度，包括考虑它的断裂能，但是如何把地质环境引入进来呢？就要寻求新的方法。

首先看它的地质甜点，地质甜点的核心就是要识别它的孔缝、储渗，它的三维展布，对它的甜点进行评价。

2、发明了基于岩屑、岩心、测井和地震资料一体化的点（岩心或岩屑样点）-线（井剖面）-储层（空间）分布多尺度的页岩三维可压裂性评价方法，优选压裂工程甜点

针对这个研究还研发了一套设备，这个方法首先第一个是岩屑，第二个是岩石本身的脆性，它的脆性在浅层脆性可以，但是在深层的时候，前面专家，我看了一下它的应力变曲线，它的塑性还是很强的，怎么准确表征、描述它的塑性行为？这个就需要岩心尺度上从几个方面考虑：第一个弹性磨量，第二个是剪切扩容，第三个断裂能，以及封后应变，参与变形能的问题；最后是天然裂缝和地应力，天然裂缝跟地应力跟它有什么关系，我们给它组合到一起形成一个新的模型。

这个模型只是一个点，结合测井数据就可以预测整个一口井。把这个数据和地震的数据纵横波阻抗进行比对，通过人工智能算法，找到它们之间的匹配关系，这样的话就可以建立它三维的地质可压裂性模型，它是三维空间的。

3、创建“地质甜点-共层甜点”双目标三维可压裂性评价新方法

把三维空间的工程可压裂性和地质甜点、三维模型结合到一起，就可以选出地质甜点又好、工程作业又容易施工作业的地方。这是我们在涪陵页岩气应用的情况，右下角红色就是可压裂比较好的，浅的就差一点，和压后的微地震数据进行匹配，很明显可以看到可压裂性差的地方微地震事件要明显少。

通过这个就可以优选井眼轨迹，包括布井布缝，实现它空间的设计。

这个模型目前也在东海致密气、山西临兴致密气，包括胜利页岩油、致密油也在用。

进展二：创新页岩气地质工程一体化压裂参数优化方法

1、建立了天然裂缝发育页岩气储层渗流-地质力学耦合的裂缝扩展模型

我们知道页岩都想压出缝网，但是能不能压出缝网，首先取决于天然裂缝的窄布状态，铁板一块肯定是压不出缝网的。

此前的模型包括现在的模型很多都是简化的，怎么去描述复杂裂缝、水平裂缝和天然裂缝交错扩展过程中的顺流应力损伤的复杂的力学行为呢？我们就要进行建模。

首先把这个天然裂缝对它进行空间离散，天然裂缝单独划出来，基质单独建模出来。我们自己开发了双线性粘聚力水力裂缝本构方程，来描述水平裂缝和天然裂缝。对于基质来说，像中间这个图，水力裂缝在扩展过程中这个模型可以解决水力裂缝和天然裂缝任意分杈、相交的问题，这是我们模拟的一些结果。

2、建立了页岩双重介质储层体积压裂参数优化方法

以及多簇扩展的问题，包括包饺子效应，包括它的密切割，怎么模拟它的密切割，它的裂缝形态，它的摩阻怎么计算等等问题。

3、建立了页岩复杂裂缝多尺度裂缝导流能力优化方法

我们把这个裂缝分为三个尺度，首先要建立裂缝导流能力预测。首先是支撑剂簇，它的簇的力学行为是怎么样的，在长期过程中，支撑剂在裂缝中应力变形行为如何，我们要进行模拟；以及分支裂缝在局部支撑或者是单层支撑，或者少层支撑的时候，它的裂缝导流能力该怎么评价，这是我们做的数字模拟。

还有多层怎么去模拟，我们这个方法用的是离散源和流体力学计算方法把它结合在一起耦合的一个方法。

基于这个方法就可以对不同的裂缝，设计的时候它不同的宽度，把支撑剂铺进来之后，不同的密度，对它可以进行模拟，最终来优化支撑剂的组合、支撑剂的铺砂浓度等等。而且这个模型可以全面来考虑地层内它的塑性变形过程，包括它的蠕变，长期效应，解决室内试验的尺度问题。

4、创新了页岩复杂裂缝多尺度高效铺砂与压裂施工参数调控技术

这个是我们早期跟涪陵页岩气提供的一些方面的支撑，通过我模拟、计算，给他们提供了一些参考，包括浅层和深层。这个当时一直在用。

进展三：创建了基于地质工程一体化页岩气加密井储层四维地应力演化及复杂裂缝扩展模拟方法

1、创建了考虑天然气-水力裂缝系统的非均质性各向异性页岩储层四维动态地应力演化预测方法

这个想要强调的是要实现在油藏开采过程中孔隙压力和有限元应力的耦合，而且这是一个工程尺度的耦合，可以说是一个平台几百平方米，如果只算一个平台，计算量非常大，那怎么把这种复杂的问题全部考虑进来呢？就涉及到地质工程一体化的思维，当然我们提出了这个方法。

怎么去实现气藏模拟和有限元模拟的结合呢？这套程序是我们自己编的，把有限差分和有限元结合在一起，想把数据和有限元软件无缝对接，实现数据的转换。同时，再把地质建模的尖角、歧异点这些，把它处理成有限元网格，这样就可以实现流部耦合稳定的收敛计算，这是我们计算地应力动态演化的一个图。

2、发明了基于页岩储层四维地应力动态演化的加密井复杂裂缝扩展模拟方法

基于非均匀地应力场，我们考虑储层的非均质性，储层力学参数的各项异性，以及老井压裂，也就是母井长期开采之后地应力的非均匀变化。我们提出了它的加密压裂的数字模拟和加密实际地应力优化方法。

这是基于涪陵页岩气初期的，它是600米井距，做的一些工作。我们发现了越靠近老井，地应力差异越大。对于涪陵页岩气来说，越靠近老井水平地应力差增加3MPa-6MPa，我们现在最新给长宁页岩气和西南油气田页岩气公司算的结果，长宁这边地应力可以增大到10来个MPa，这个就对于调整井的压裂设计就必须要考虑。

就出现了一个什么现象呢？裂缝扩展到老井。因为老井水平地应力差这么大之后，裂缝越靠近老井，裂缝形态越倾向于变得简单，微地震事件也变得少，裂缝形态就呈现一个虾米形的形态，这个中间是模拟出来的结果。

3、首次发现并揭示了加密井压裂过程中的微地震事件屏障效应

首次发现了微地震事件的“屏障效应”，在国外实际上也会发现这种现象，只是说在国外页岩气后期井间距比较小之后，这个现象就看不出来了。

它的机理是什么呢？第一个是越靠近老井，水平应力差增大；第二个是老井压裂的时候，地层高压能量在初次压裂时已经释放，导致加密井压裂微地震事件点数量减少而被屏障；第三个是老井微地震区早期剪切裂缝被激活，局部渗透性增大，裂缝到老井改造区之后，它明显是一个破碎带，它的滤室也增大，导致新压的井，它的缝力静压力下降，从而不利于复杂裂缝的形成。

4、创建了加密井压裂裂缝预测与施工参数优化技术

结合地质工程勘探的概念，把裂缝形态模拟出来之后，再跑它的产能，最后最优化的施工参数、最优化的压裂时机，这是我们最优化的压裂时机。

我们出了一本专著，当时还获得我们“岩石力学的十大进展”。

三、地质工程一体化发展趋势

这个仅仅是我个人的一些观点：

1、基于超级计算机/元计算的地层评价数字化三维可视化地质建模

首先要识别地质，把地质识别清楚之后，地质的可视化建模肯定是未来的方向。如何实现地质的可视化，把这个地质精细的剖分建模，实现它的地质体的透明呈现。

2、复杂裂缝扩展实时监测、反演与施工参数优化

复杂裂缝在扩展过程中怎么去监测、反演和施工参数优化，特别是压后的反演，裂缝形态到底是什么样？我想到目前为止没有任何一个人敢说这个裂缝形态就是这个样子。

我们怎么去尽可能的反演，这个是对于压裂设计，就会起到关键性的作用。

3、非常规油气藏立体化井网整体开发模式

立体化井网的开发，就涉及到老井，也就是母井和新井之间的干扰。新压裂的井，上层和下层之间的干扰，这些干扰的问题都涉及到刚才我说的动态地应力场的问题，一口井压裂会改变另一口井的应力环境，我们要把这个问题考虑进来，这个工作我们正在给涪陵页岩气、江汉油田工程院和页岩气公司在做，这是一个初步的结果。

4、智能化压裂：多分支水平井机器人靶向爆炸-水力复合压裂新方法

越往深层塑性越强，天然裂缝越不发育，怎么初期造出比较复杂的裂缝，让它尽可能压出更加复杂的裂缝？我们首先想进行液体炸药，对它进行爆破，形成近井地带的几米甚至十多米，近井地带的复杂裂缝，再进行水平压裂，这样的话既可以降低用水量，另外也可以提高裂缝的复杂程度。 v

5、非常规油气藏地质工程一体化数字化平台研发

现在也在开发复杂地质工程一体化的数字化平台，我们已经把解析解的裂缝扩展模型，包括多物理场耦合的关键程序都已经开发了，后面就是涉及到软件的集成。

好，我的汇报就到这儿，请多批评指正，谢谢！