中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)面臨的挑戰(zhàn)及對(duì)策

方志雄

（中國(guó)石化華東油氣分公司，江蘇南京210019）

經(jīng)過(guò)十余年持續(xù)攻關(guān)，中國(guó)頁(yè)巖氣基礎(chǔ)研究和勘探開(kāi)發(fā)取得驕人業(yè)績(jī)[1-8]。四川盆地五峰組—龍馬溪組海相高壓頁(yè)巖氣已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)，同時(shí)，渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶常壓頁(yè)巖氣勘探也取得重要進(jìn)展[9-14]。

常壓頁(yè)巖氣在中國(guó)南方廣泛分布，資源潛力大。原國(guó)土資源部2012年預(yù)測(cè)結(jié)果顯示[3]，中國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量為25.08×1012m3，其中南方常壓頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量為9.08×1012m3，發(fā)展前景廣闊?！笆濉币詠?lái)，為加快推進(jìn)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程，國(guó)家設(shè)立科技重大專項(xiàng)《彭水地區(qū)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)示范工程》（以下簡(jiǎn)稱彭水示范工程）。中國(guó)石化華東油氣分公司以彭水示范工程為平臺(tái)，圍繞建設(shè)目標(biāo)任務(wù)，聯(lián)合中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院、中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院等多家科研機(jī)構(gòu)以及國(guó)內(nèi)高校，充分發(fā)揮“產(chǎn)學(xué)研用”優(yōu)勢(shì)，從常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)出發(fā)，加強(qiáng)常壓頁(yè)巖氣成藏理論研究，持續(xù)深化目標(biāo)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)勘探突破，開(kāi)展?jié)L動(dòng)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)踐，強(qiáng)化低成本、高效鉆完井及壓裂排采等配套工程工藝技術(shù)的攻關(guān)與集成，建成南川一期6.5×108m3頁(yè)巖氣田，穩(wěn)步推進(jìn)二期5.3×108m3產(chǎn)能建設(shè)，示范工程建設(shè)有序進(jìn)行。

結(jié)合彭水示范工程常壓頁(yè)巖氣基礎(chǔ)理論研究和勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)實(shí)踐，系統(tǒng)總結(jié)了常壓頁(yè)巖氣領(lǐng)域取得的理論認(rèn)識(shí)、關(guān)鍵技術(shù)及勘探開(kāi)發(fā)成果，指出了面臨的主要問(wèn)題與挑戰(zhàn)，提出了中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作的對(duì)策，以期加快推動(dòng)中國(guó)常壓頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 示范區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)

彭水示范工程研究區(qū)位于渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶，地理上位于重慶市與貴州省交界的南川、彭水、武隆、道真等縣市，構(gòu)造上處于四川盆地川東高陡構(gòu)造帶和武陵褶皺帶西北緣（圖1），毗鄰焦石壩構(gòu)造。該區(qū)歷經(jīng)加里東期、海西期、印支期、燕山—喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造[15]，以燕山—喜馬拉雅期作用影響最為強(qiáng)烈，奠定了以NE—SW向?yàn)橹鞯南蛐迸c背斜相間分布的槽—擋構(gòu)造格局，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。該區(qū)頁(yè)巖氣目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組，主要分布于殘留向斜，部分位于斜坡和背斜，總面積4 242 km2，頁(yè)巖氣資源量2.8×1012m3，氣藏壓力系數(shù)0.9～1.3，參考天然氣藏分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 26979—2011），處于高壓與常壓過(guò)渡帶，以常壓頁(yè)巖氣為主。該區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐對(duì)推動(dòng)中國(guó)常壓頁(yè)巖氣資源的有效利用具有重要的示范指導(dǎo)意義。

與四川盆地焦石壩地區(qū)、威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧等高壓頁(yè)巖氣相比，渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶常壓頁(yè)巖氣在頁(yè)巖沉積、儲(chǔ)集、頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)、應(yīng)力、溫壓、生產(chǎn)特征方面具有6大地質(zhì)特點(diǎn)[11-12]（表1）：①兩者均為深水陸棚相沉積背景，常壓頁(yè)巖氣區(qū)處于深水陸棚相沉積的邊緣區(qū)，沉積水體深度變淺，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度呈現(xiàn)減薄趨勢(shì)；②基質(zhì)孔隙度基本相當(dāng)，常壓區(qū)構(gòu)造改造作用較強(qiáng)、高角度縫及層理縫更發(fā)育；③頁(yè)巖氣總含氣量相對(duì)較低、吸附氣占比高；④頁(yè)巖層地應(yīng)力相對(duì)較小，但最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力差異大；⑤地溫梯度低，地層壓力系數(shù)低；⑥頁(yè)巖氣初期產(chǎn)液量大，返排率高，產(chǎn)量遞減相對(duì)較慢。因此，常壓頁(yè)巖氣在優(yōu)選甜點(diǎn)、提高壓裂縫網(wǎng)復(fù)雜程度、提高單井產(chǎn)量和井控儲(chǔ)量、降低工程成本等方面面臨挑戰(zhàn)。

圖1 渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造區(qū)劃Fig.1 Regional tectonic division in basin-margin transition zone of southeastern Chongqing

表1 常壓頁(yè)巖氣與高壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)對(duì)比Table1 Comparison of geological characteristics between normal pressure shale gas and over-pressured shale gas

2 常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展

近年來(lái)，立足渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)，以富集高產(chǎn)主控因素為主線，突出沉積微相、保存條件、構(gòu)造應(yīng)力等關(guān)鍵要素精細(xì)研究，強(qiáng)化低成本工程工藝技術(shù)攻關(guān)實(shí)踐，著力做好“增產(chǎn)、降本”，中國(guó)石化華東油氣分公司在常壓頁(yè)巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)、低成本工程工藝技術(shù)、勘探開(kāi)發(fā)以及綠色礦山建設(shè)等方面取得了積極進(jìn)展。

2.1 建立常壓頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)地質(zhì)理論

2.1.1 揭示南方海相常壓頁(yè)巖氣形成機(jī)制

干酪根生烴和分散液態(tài)烴裂解生氣產(chǎn)生的超壓頁(yè)巖氣在后期的構(gòu)造改造過(guò)程中通過(guò)構(gòu)造裂縫或超壓破裂滲流/滲漏散失，超壓釋放。裂縫在覆壓作用下發(fā)生閉合。受泥頁(yè)巖超固結(jié)比影響[16]，處于脆性帶的泥頁(yè)巖裂縫閉合程度差，超壓完全釋放，變?yōu)槌海惶幱诖嘌舆^(guò)渡帶的泥頁(yè)巖裂縫閉合程度相對(duì)高，現(xiàn)今仍然維持一定程度的超壓，但如果斷層遭破壞或地層傾角較大，儲(chǔ)層—斷層或儲(chǔ)層—露頭距離較小時(shí)，也可能變?yōu)槌?。褶皺作用、斷裂作用和抬升剝蝕作用產(chǎn)生的裂縫是超壓變?yōu)槌旱闹骺匾蛩兀▓D2）。

圖2 常壓頁(yè)巖氣形成機(jī)制Fig.2 Formation mechanism of normal pressure shale gas

2.1.2 提出常壓頁(yè)巖氣“三因素控氣”地質(zhì)理論

在前人研究的基礎(chǔ)上[12,17-21]，結(jié)合常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)和鉆探實(shí)踐，提出常壓頁(yè)巖氣“三因素控氣”地質(zhì)理論（圖3）。1）沉積相控?zé)N。深水陸棚相古生產(chǎn)力高，沉積的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高，具有較強(qiáng)的生氣能力，同時(shí)，生烴過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)孔隙為頁(yè)巖氣賦存提供了儲(chǔ)集空間和比表面，控制了頁(yè)巖氣富集的資源規(guī)模。五峰組—龍馬溪組一段深水陸棚相頁(yè)巖可劃分為5個(gè)巖石相，自下而上依次編號(hào)為①至⑤號(hào)小層，具有高生烴潛力、高孔隙度、高含氣性、高脆性、低黏土礦物含量的“四高一低”特征，是頁(yè)巖氣勘探的最佳層段。2）保存條件控富。保存條件是影響地層能量、孔隙結(jié)構(gòu)、壓力系數(shù)的關(guān)鍵因素，保存條件越好，地層能量越充足，孔隙度、壓力系數(shù)、含氣量和游離氣占比越高，頁(yè)巖氣越富集。3）地應(yīng)力場(chǎng)控產(chǎn)。應(yīng)力場(chǎng)是頁(yè)巖氣高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。古應(yīng)力場(chǎng)形成的天然縫溝通頁(yè)巖基質(zhì)孔隙，改善頁(yè)巖儲(chǔ)集物性，有利于游離氣富集。今應(yīng)力場(chǎng)與壓裂改造縫網(wǎng)密切相關(guān)。今地應(yīng)力適中的中等曲率帶利于壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)，提高單井產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量。

圖3 “三因素控氣”地質(zhì)理論Fig.3 Geological theory of“three factors controlling gas”

2.1.3 建立4種頁(yè)巖氣聚散模式

保存條件是頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵因素。構(gòu)造改造作用的強(qiáng)弱對(duì)保存條件起決定性影響。不同構(gòu)造中頁(yè)巖氣聚集與逸散存在顯著差異。基于天然縫與頁(yè)巖氣聚散機(jī)理認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)工區(qū)構(gòu)造樣式分類研究、典型井解剖，并結(jié)合壓裂實(shí)踐，建立了背斜型、斜坡型、向斜型和逆斷層下盤型4種頁(yè)巖氣藏聚散模式[12]（圖4）。①背斜型頁(yè)巖氣藏。整體上，該類氣藏天然微裂縫發(fā)育，具有短距離運(yùn)移聚集的優(yōu)勢(shì)；核部受縱彎作用影響，發(fā)育向上開(kāi)口“V”字形劈理縫，壓裂時(shí)人造縫縱向延伸大，橫向延伸范圍小，體積改造難度大；翼部發(fā)育伴生斷裂，“E”字形天然水平層間縫發(fā)育，壓裂時(shí)與人工縫交割溝通，易形成復(fù)雜縫網(wǎng)，改造體積大，更易高產(chǎn)。②斜坡型頁(yè)巖氣藏。斜坡型構(gòu)造一般較為寬緩，頁(yè)巖氣易橫向順層逸散，富集主要受側(cè)向斷層封堵和剝蝕邊界遠(yuǎn)近控制。受構(gòu)造抬升的影響，地應(yīng)力釋放，層面滑動(dòng)發(fā)生順層剪切，主要發(fā)育順層“E”字形層間縫，壓裂縫易形成復(fù)雜縫網(wǎng)，產(chǎn)量中高。③向斜型頁(yè)巖氣藏。該類氣藏具有環(huán)帶滯留、向斜中心富集的特點(diǎn)，受擠壓作用影響，易形成向下開(kāi)口的“A”字型縫，壓裂較難形成復(fù)雜縫網(wǎng)，單井產(chǎn)量較低。④逆斷層下盤型頁(yè)巖氣藏。該類氣藏主要受逆斷層側(cè)向封堵，頁(yè)巖氣橫向運(yùn)移減弱，滯留于下盤成藏，下盤發(fā)育“X”字型剪節(jié)理，利于壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

圖4 4種頁(yè)巖氣聚散模式Fig.4 Four shale gas accumulation and dispersion models

2.2 建立常壓頁(yè)巖氣綜合評(píng)價(jià)技術(shù)

2.2.1 建立頁(yè)巖孔隙分類方法及儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

孔隙是頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏的重要空間，也是確定游離氣含量的關(guān)鍵參數(shù)[13,22-24]。根據(jù)成因，頁(yè)巖儲(chǔ)集空間主要分為無(wú)機(jī)孔、有機(jī)孔和微裂縫3大類。基于氬離子拋光、掃描電鏡和原子力顯微鏡的頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，對(duì)頁(yè)巖孔隙分布、形態(tài)、大小和規(guī)模進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，對(duì)3大類儲(chǔ)集空間進(jìn)行亞類劃分：根據(jù)孔隙發(fā)育位置和成因，將無(wú)機(jī)孔分為粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔等，其中粒間孔主要發(fā)育于碎屑顆粒間，粒內(nèi)孔主要發(fā)育于長(zhǎng)石或碳酸鹽礦物顆粒內(nèi)部，而晶間孔主要發(fā)育于黏土礦物和黃鐵礦晶間。根據(jù)有機(jī)質(zhì)類型和成因，將有機(jī)質(zhì)孔分為干酪根孔和瀝青孔，其中根據(jù)有機(jī)質(zhì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)，將干酪根孔分為無(wú)定形干酪根孔和結(jié)構(gòu)型干酪根孔，根據(jù)孔隙形狀和成因，可將瀝青孔分為固體瀝青孔和瀝青球?？住８鶕?jù)成因?qū)⑽⒘芽p分為應(yīng)力縫和收縮縫，其中應(yīng)力縫是由局部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或異常高壓形成的高應(yīng)力破壞所致，收縮縫則多為有機(jī)質(zhì)或黏土礦物脫水形成，多發(fā)育于有機(jī)質(zhì)與礦物接觸面上（表2）。

液氮吸附和壓汞實(shí)驗(yàn)的分形結(jié)果表明不同區(qū)間孔隙自相似性和孔隙類型差異明顯，5 nm、25 nm和100 nm是孔隙分形特征出現(xiàn)變化的拐點(diǎn)（圖5、圖6）。據(jù)此將頁(yè)巖孔隙劃分為微孔（＜5 nm）、小孔（5～25 nm）、中孔（25～100 nm）和大孔（＞100 nm）。將不同區(qū)間孔隙含量與頁(yè)巖含氣量進(jìn)行相關(guān)性分析，由于頁(yè)巖孔隙中微孔和小孔的占比超過(guò)80%，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)總含氣量主要受微孔和小孔體積控制，其中小孔控制頁(yè)巖游離氣量，微孔控制頁(yè)巖吸附氣量，而與中孔和大孔相關(guān)性不明顯。這為確定頁(yè)巖儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)，因此，選取微孔和小孔含量作為儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)含氣量與微孔和小孔含量之間關(guān)系，確定了對(duì)應(yīng)的體積和孔隙度界限值，并將頁(yè)巖氣儲(chǔ)層劃分為好、中、差、非儲(chǔ)層4類（表3）。在分類評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，由于孔隙孔容和比表面積受TOC（總有機(jī)碳含量）控制明顯，在分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，將TOC也作為重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)考慮到壓力系數(shù)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的重要影響，常壓與高壓頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)界限也有所差異，常壓頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC界限值分別為1.0%、2.5%和4.5%，高壓則分別為1.0%、2.0%和3.5%。

表2 頁(yè)巖孔隙類型及特征Table2 Shale pore types and characteristics

圖5 基于液氮吸附實(shí)驗(yàn)的孔隙分形學(xué)特征Fig.5 Pore fractal characteristics based on liquid nitrogen adsorption experiment

圖6 高壓壓汞實(shí)驗(yàn)的毛細(xì)管壓力曲線Fig.6 Capillary pressure curves of high pressure mercury injection experiment

2.2.2 建立常壓頁(yè)巖氣目標(biāo)評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)

在常壓頁(yè)巖氣“三因素控氣”地質(zhì)理論的指導(dǎo)下，建立了以靜態(tài)指標(biāo)為基礎(chǔ)，保存條件和構(gòu)造應(yīng)力為核心，地質(zhì)甜點(diǎn)與工程甜點(diǎn)相結(jié)合的常壓頁(yè)巖氣目標(biāo)評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)（表4）。一類有利目標(biāo)在物質(zhì)基礎(chǔ)方面要求優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度大于30 m，TOC大于3.0%，硅質(zhì)含量大于50%，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖分布面積大于100 km2；富集程度方面要求地層壓力系數(shù)大于1.1，孔隙度大于4.0%，含氣量大于4 m3/t，地應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境上要求頁(yè)巖埋深介于1 500～3 800 m，層理縫和微裂縫發(fā)育，水平應(yīng)力差異系數(shù)小于0.2，硅質(zhì)含量大于50%，曲率中等。根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選了南川區(qū)塊平橋、東勝、陽(yáng)春溝構(gòu)造帶、武隆向斜等一批有利目標(biāo)，勘探開(kāi)發(fā)成果顯著。

表3 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table3 Classification and evaluation criteria for shale gas reservoirs

表4 常壓頁(yè)巖氣目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table4 Standards for evaluation of normal pressure shale gas targets

2.3 創(chuàng)新常壓頁(yè)巖氣低成本工程工藝技術(shù)

2.3.1 形成常壓區(qū)頁(yè)巖氣低密度三維地震勘探技術(shù)

示范工區(qū)位于渝東南槽—檔過(guò)渡帶，發(fā)育武隆向斜、桑柘坪向斜等多個(gè)大型寬緩向斜構(gòu)造，內(nèi)部斷裂不發(fā)育，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，志留系頁(yè)巖埋深為2 000～4 500 m。三維模型波場(chǎng)照明分析表明，低炮道密度采集方法能夠滿足向斜構(gòu)造成像對(duì)波場(chǎng)采樣的要求。武隆向斜三維地震采用了20線7炮216道三維束狀觀測(cè)系統(tǒng)：20 m×20 m面元、覆蓋次數(shù)60次、炮道密度15萬(wàn)道/km2，不到常規(guī)三維地震的1/3。針對(duì)不同地表巖性條件下的噪聲特征，采用差異化分步、多域噪聲衰減處理精細(xì)去噪，提高了資料信噪比；針對(duì)低密度三維受大型障礙物變觀造成的不規(guī)則采樣問(wèn)題，采用五維規(guī)則化處理技術(shù)，通過(guò)線域、點(diǎn)域、時(shí)間域、炮檢距域、方位角域五維空間的插值和重構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)則化，提高面元屬性均勻性、波場(chǎng)采樣充分性和地震資料信噪比；針對(duì)低密度三維陡傾角成像問(wèn)題，采用構(gòu)造約束網(wǎng)格層析反演技術(shù)，通過(guò)地層構(gòu)造格架和地層傾角共同約束速度反演趨勢(shì)，模型的精度逐漸提高，結(jié)合疊前深度偏移處理，陡傾角地層成像效果改善，明顯提高地震資料成像精度（圖7）。通過(guò)上述技術(shù)攻關(guān)，武隆向斜五峰組—龍馬溪組反射波組信噪比大于5，資料品質(zhì)能夠滿足地質(zhì)需求，地震勘探成本下降46%。低密度三維地震勘探為低品位常壓頁(yè)巖氣探索了一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的地震勘探方法與技術(shù)，對(duì)推動(dòng)中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣高效勘探具有重要借鑒意義。

圖7 武隆向斜低密度三維典型地震剖面Fig.7 3D typical seismic profile with low density of Wulong synclinal

2.3.2 創(chuàng)新“二開(kāi)制”井身結(jié)構(gòu)完井，鉆井效率大幅提高

結(jié)合工區(qū)內(nèi)常壓頁(yè)巖氣地層特點(diǎn)，基于常壓地層壓力剖面，綜合開(kāi)孔層位、中淺層地層特性、地層漏失及必封點(diǎn)等，井身結(jié)構(gòu)由“多開(kāi)制”優(yōu)化為“二開(kāi)制”。一開(kāi)套管封住茅口組以上易漏失層，可節(jié)省一層技術(shù)套管及固井費(fèi)用，同時(shí)縮小井眼尺寸，有效提高機(jī)械鉆速。LY2HF井成功實(shí)現(xiàn)二開(kāi)制完井（圖8），與LY1HF井相比，在水平段長(zhǎng)增加483 m，完鉆井深增加235 m的情況下，鉆完井周期縮短25.43%，鉆井成本減少33%，提速提效顯著。

2.3.3 探索形成常壓頁(yè)巖氣區(qū)“中長(zhǎng)段距、多簇射孔、段內(nèi)轉(zhuǎn)向、連續(xù)加砂”壓裂工藝

圖8 LY2HF井“二開(kāi)制”井身結(jié)構(gòu)Fig.8 Wellbore structure of well LY2HF with well completion at the“second”section

常壓區(qū)中淺層頁(yè)巖埋深為2 200～3 200 m，地應(yīng)力較低，最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力差異大，施工壓力窗口大。為了增產(chǎn)，采用加大壓裂改造規(guī)模和連續(xù)加砂工藝，加砂強(qiáng)度達(dá)1.10～1.95 m3/m，促進(jìn)縫網(wǎng)復(fù)雜化；為了降本，采用“長(zhǎng)段距、多簇射孔、段內(nèi)轉(zhuǎn)向”等工藝措施，該工藝在LY2HF井成功試驗(yàn)，段距120～140 m，每段射孔4～6簇，投射35～50個(gè)可溶式暫堵球，實(shí)現(xiàn)裂縫均衡拓展，投球后凈壓力升高6～16 MPa，較LY1HF井有效改造體積（SRV）提高7%～10%，地層壓力系數(shù)為1.06，測(cè)試日產(chǎn)氣9.22×104m3。

在頁(yè)巖埋深3 200～3 800 m的中深層區(qū)，針對(duì)水平縫發(fā)育、地應(yīng)力適中等地質(zhì)特點(diǎn)，采用“中段少簇、投球轉(zhuǎn)向、連續(xù)加砂”壓裂工藝，優(yōu)化泵注程序，采取連續(xù)加砂、增大加砂強(qiáng)度、提高粗砂比例3項(xiàng)措施，提高支撐裂縫的連續(xù)性以及導(dǎo)流能力，形成頁(yè)巖氣流動(dòng)“快速通道”。該工藝在JY10HF井成功試驗(yàn)，段距60～82 m，每段射孔2～4簇，投射30～35個(gè)可溶式暫堵球，投球后凈壓力升高14～27 MPa，地層壓力系數(shù)1.18，測(cè)試日產(chǎn)氣19.6×104m3。

2.3.4 建立“三階梯”壓裂加砂工藝模式

提升壓裂效果的關(guān)鍵在于增大加砂規(guī)模，實(shí)現(xiàn)壓裂縫網(wǎng)的有效支撐。在壓裂實(shí)踐中，逐步形成了“三階梯”壓裂加砂工藝模式，其核心思想是加大排量，最大程度形成復(fù)雜縫網(wǎng)，增大不同粒徑的砂比，支撐裂縫，提升裂縫的導(dǎo)流能力。在壓裂施工過(guò)程中，一是階梯升排量，壓裂全程分多個(gè)階段提升排量，保持凈壓力穩(wěn)步增長(zhǎng)，保護(hù)近井帶已經(jīng)開(kāi)啟的主裂縫持續(xù)張開(kāi)，同時(shí)擴(kuò)展遠(yuǎn)井帶，新造更多的微裂縫，增大改造體積；二是階梯提砂比，采用三臺(tái)階的加砂模式快速提高砂比，建立連續(xù)鋪砂剖面，支撐已經(jīng)開(kāi)啟的裂縫，保持導(dǎo)流能力；三是階梯加不同粒徑的支撐劑，采用70/140、40/70、30/50目的砂粒徑組合，適時(shí)增加粗砂用量，提升裂縫導(dǎo)流能力。

2.3.5 創(chuàng)新實(shí)踐6000型電動(dòng)壓裂泵，開(kāi)創(chuàng)綠色高效壓裂工程新局面

為降本、提速、增效、減排，克服山地井場(chǎng)限制，在國(guó)內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐新型6000型電動(dòng)壓裂泵（圖9），形成了電動(dòng)壓裂泵、機(jī)械壓裂車組、頁(yè)巖氣發(fā)電供電、電網(wǎng)優(yōu)化配置工藝技術(shù)，攻克解決了高諧波電壓難題，由20%降低到5%以下（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)＜10%），實(shí)現(xiàn)了6 000 V直流電直供，同時(shí)研發(fā)了高排量的配套電動(dòng)混砂橇。單段施工費(fèi)用降低了18%，單段減排1.66 t標(biāo)準(zhǔn)煤。截至2019年6月，華東油氣分公司規(guī)模應(yīng)用6000型電動(dòng)壓裂泵+2500型機(jī)械壓裂車組合累計(jì)施工22口井，供液量超47×104m3，節(jié)約施工費(fèi)用近7 000萬(wàn)元。電網(wǎng)改造升級(jí)后，全部采用電動(dòng)壓裂泵機(jī)組，單井壓裂成本預(yù)期可節(jié)約300萬(wàn)元。2019年8月，JY211-4HF井首次采用全電動(dòng)壓裂泵施工，動(dòng)用10臺(tái)電動(dòng)壓裂泵、1臺(tái)電動(dòng)混砂撬及其配套設(shè)備成功完成31段壓裂施工，單段最大液量2 081 m3，最大砂量100 m3，最大排量18.5 m3/min，單井壓裂直接成本減少300萬(wàn)元。全電動(dòng)壓裂系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為常壓頁(yè)巖氣低成本綠色開(kāi)發(fā)起到了積極的推動(dòng)作用。

2.3.6 集成常壓區(qū)頁(yè)巖氣高效排水采氣工藝技術(shù)

針對(duì)常壓頁(yè)巖氣井壓后產(chǎn)液高、壓力低等特點(diǎn)[11]，開(kāi)展了多孔介質(zhì)吸附解吸和滲流機(jī)理研究，建立了常壓頁(yè)巖氣井返排特征模型，實(shí)現(xiàn)了返排規(guī)律的有效預(yù)測(cè)，制定了常壓頁(yè)巖氣井分類標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)常壓區(qū)頁(yè)巖氣排采工藝適用性進(jìn)行研究，提出排采工藝適用條件判別方法，總結(jié)出常壓區(qū)頁(yè)巖氣井電潛泵排采、自噴、連續(xù)氣舉排采3種舉升工藝，快速排液、穩(wěn)定排液、自噴生產(chǎn)3個(gè)排采階段，及自噴、自噴+助排2種生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)井全生命周期分段施策管理。常壓頁(yè)巖氣井壓后一般不能自噴，為此，研發(fā)了排量調(diào)節(jié)范圍為30～120 m3/d的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、離心式氣體分離技術(shù)以及井底流壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，研制常壓頁(yè)巖氣同心雙管、電泵氣舉一體化、泡沫排水、氣舉4項(xiàng)排采配套工藝管柱，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)電潛泵、射流泵等6項(xiàng)排采工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)排液。高效排水采氣工藝技術(shù)指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，完善了工藝技術(shù)細(xì)節(jié)，提高了工藝的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性以及連續(xù)性。LY1HF井采用泡沫排水工藝有效降低油套壓差2.1 MPa，單井日均產(chǎn)氣量增加1.2×104m3。

2.4 初步形成常壓頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)政策

2.4.1 明確常壓頁(yè)巖氣藏微觀流動(dòng)模擬機(jī)制

通過(guò)頁(yè)巖多尺度數(shù)字巖心的疊加耦合，提出了基于真實(shí)頁(yè)巖數(shù)字巖心的單相氣微尺度流動(dòng)模擬方法，揭示了孔隙尺度頁(yè)巖氣流動(dòng)機(jī)理，得到了頁(yè)巖氣修正表觀滲透率計(jì)算模型。同時(shí)，提出了考慮界面效應(yīng)、吸附/解吸、潤(rùn)濕性等單相氣、氣—水兩相流動(dòng)模擬方法，把流動(dòng)階段劃分為裂縫內(nèi)的線性流動(dòng)、雙線性流動(dòng)、基巖至裂縫的線性流動(dòng)（單相氣）、到達(dá)邊界擬穩(wěn)態(tài)流動(dòng)4個(gè)流動(dòng)階段。初始含水飽和度主要影響流動(dòng)早期，對(duì)后期的影響不明顯，主要由于后期隨著含水降低，氣水相對(duì)滲透率幾乎不變。裂縫初始含氣飽和度越高，形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)滲吸過(guò)程越充分，生產(chǎn)所需壓降越小，產(chǎn)量越高。結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立了滲透率與時(shí)間關(guān)系，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)井實(shí)際數(shù)據(jù)的采集驗(yàn)證，初步形成了考慮返排過(guò)程的頁(yè)巖氣藏產(chǎn)能預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)方法。對(duì)頁(yè)巖氣藏的開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行優(yōu)選，為頁(yè)巖氣藏的高效開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

2.4.2 初步形成常壓頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)政策

五峰組—龍馬溪組一段①至⑤號(hào)小層為最優(yōu)質(zhì)開(kāi)發(fā)層系。通過(guò)微地震監(jiān)測(cè)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及數(shù)值模擬確定①至⑤小層水平井的合理井距為300～350 m?，F(xiàn)有水平井鉆探結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，隨著水平段的增加，無(wú)阻流量增加，考慮現(xiàn)有工藝，推薦水平段長(zhǎng)為1 800～2 000 m，結(jié)合構(gòu)造及地面條件可適當(dāng)調(diào)整。已投產(chǎn)井情況表明，水平段方位與最小水平主應(yīng)力的夾角越小，無(wú)阻流量越大，夾角在40°以內(nèi)時(shí)，無(wú)阻流量較高。除此之外，水平井的方位部署要考慮水平段兩靶高差。兩靶高差小于180 m時(shí)，靶點(diǎn)高差對(duì)無(wú)阻流量影響較?。浑S著靶點(diǎn)高差增大，歸一化無(wú)阻流量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

圖9 電動(dòng)壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.9 Electric fracturing site

綜合氣藏地質(zhì)、工程工藝、壓裂監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等研究，初步形成了適合常壓頁(yè)巖氣“長(zhǎng)水平段、小井距、低高差”的開(kāi)發(fā)技術(shù)策略。推薦水平井型，采用交叉井網(wǎng)，合理井距為300～350 m，水平段長(zhǎng)1 800～2 000 m，水平段方位與最小水平主應(yīng)力夾角小于40°，兩靶高差小于180 m。

2.5 形成綠色礦山建設(shè)模式

頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，堅(jiān)持資源與環(huán)境并重，秉持節(jié)能環(huán)保、集約高效的理念，逐步形成“大平臺(tái)網(wǎng)電鉆井、電動(dòng)泵壓裂、泥漿不落地、廢棄物達(dá)標(biāo)處理、水資源循環(huán)利用、土地綜合利用”的一體化綠色勘探開(kāi)發(fā)模式。優(yōu)化地面工程布局，統(tǒng)籌規(guī)劃電網(wǎng)、路網(wǎng)、水網(wǎng)、訊網(wǎng)、管網(wǎng)“五網(wǎng)”建設(shè)，攤薄成本，推廣1臺(tái)6～9井大平臺(tái)，集約用地，創(chuàng)新實(shí)踐電動(dòng)泵壓裂，降本減排。配建一體化引水工程，集中收集生產(chǎn)廢水，達(dá)標(biāo)處理，循環(huán)利用。鉆井全過(guò)程采用泥漿、巖屑不落地工藝，固廢無(wú)害化處理后制成建筑用磚，變廢為寶。嚴(yán)格土地征用程序，認(rèn)真履行土地復(fù)墾責(zé)任，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理，整體推進(jìn)綠色礦山建設(shè)。

2.6 實(shí)現(xiàn)常壓頁(yè)巖氣勘探多點(diǎn)突破和高效開(kāi)發(fā)

經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)攻關(guān)，渝東南盆緣構(gòu)造復(fù)雜帶南川—武隆地區(qū)五峰組—龍馬溪組常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成效顯著，實(shí)現(xiàn)勘探多點(diǎn)突破和高效開(kāi)發(fā)。

一是盆緣構(gòu)造復(fù)雜帶南川地區(qū)落實(shí)了平橋南、東勝、陽(yáng)春溝3個(gè)1 000×108m3頁(yè)巖氣增儲(chǔ)區(qū)構(gòu)造帶。2016年，深化背斜型頁(yè)巖氣藏聚散機(jī)理研究，優(yōu)選平橋背斜南部實(shí)施JY194-3HF井，測(cè)試日產(chǎn)氣量為34.3×104m3，啟動(dòng)了南川頁(yè)巖氣田一期6.5×108m3產(chǎn)能建設(shè)。2016—2017年在平橋背斜南部完鉆開(kāi)發(fā)井30口，氣田頁(yè)巖埋深2 700～3 800 m，壓力系數(shù)1.3～1.32，水平井測(cè)試日產(chǎn)氣（18.4～40）×104m3。目前已有24口井進(jìn)入線性流階段，單井EUR（預(yù)計(jì)最終可采儲(chǔ)量）為（0.9～1.5）×108m3，提交頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量543.06×108m3。

2018—2019年采用滾動(dòng)勘探、穩(wěn)步建產(chǎn)的思路，在逆斷層封堵斜坡型頁(yè)巖氣富集模式指導(dǎo)下[12]，向南滾動(dòng)部署JY10HF井和JY10-10HF井。JY10HF井壓力系數(shù)為1.18，測(cè)試日產(chǎn)氣量為19.6×104m3；JY10-10HF井壓力系數(shù)為1.12，測(cè)試日產(chǎn)氣量為9.01×104m3。兩口井均實(shí)現(xiàn)了常壓頁(yè)巖氣商業(yè)突破。目前正在積極推進(jìn)5.3×108m3產(chǎn)能建設(shè)。2019年，根據(jù)“三因素控氣”地質(zhì)認(rèn)識(shí)[12]，向西甩開(kāi)勘探東勝構(gòu)造帶，優(yōu)選構(gòu)造寬緩、物性較好、地應(yīng)力較小、保存較好的東勝南斜坡部署SY2HF井，突出可壓性評(píng)價(jià)，強(qiáng)化地應(yīng)力與縫網(wǎng)形成關(guān)系研究，優(yōu)化水平井方位和靶窗穿行，水平井方位與最小水平主應(yīng)力夾角為26°，優(yōu)選②號(hào)層+①號(hào)層上部為最佳甜點(diǎn)層，壓裂改造采用前置酸處理，粉砂打磨，快提排量，長(zhǎng)段塞連續(xù)混合加砂和段內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂工藝。SY2HF井實(shí)現(xiàn)常壓頁(yè)巖氣重大突破，壓力系數(shù)為1.20，測(cè)試日產(chǎn)氣量為32.8×104m3。目前正在開(kāi)展東勝構(gòu)造帶開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，JY10HF-SY2HF井區(qū)基本落實(shí)頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量1 000×108m3規(guī)模。

二是盆外常壓頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)突破。2012年，優(yōu)選彭水桑柘坪向斜實(shí)施PY1HF井，壓力系數(shù)0.96，測(cè)試日產(chǎn)氣量為2.52×104m3，實(shí)現(xiàn)了南方構(gòu)造復(fù)雜區(qū)海相頁(yè)巖氣戰(zhàn)略突破。在此基礎(chǔ)上，不斷深化向斜型頁(yè)巖氣藏“環(huán)帶滯留、中心富集”規(guī)律認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)低成本工藝攻關(guān)力度，先后在武隆向斜實(shí)施LY1HF井、LY2HF井。LY1HF井壓力系數(shù)為1.08，測(cè)試日產(chǎn)氣量為4.6×104m3，該井已經(jīng)生產(chǎn)近4 a，目前日穩(wěn)產(chǎn)氣量為2.0×104m3，累產(chǎn)氣量為3 300×104m3；LY2HF井壓力系數(shù)為1.06，測(cè)試日產(chǎn)氣量為9.22×104m3，鉆采成本較LY1HF井下降32%。初步落實(shí)武隆向斜頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量近5 000×108m3，桑柘坪向斜頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量700×108m3，展現(xiàn)出良好的勘探開(kāi)發(fā)前景（圖10）。

3 常壓頁(yè)巖氣面臨的挑戰(zhàn)及對(duì)策

3.1 挑戰(zhàn)

圖10 渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成果Fig.10 Exploration and development achievements of normal pressure shale gas in basin-margin transition zone of the southeast area of Chongqing

通過(guò)常壓頁(yè)巖氣增產(chǎn)降本地質(zhì)研究、工程工藝試驗(yàn)與集成應(yīng)用，在選區(qū)評(píng)價(jià)、地震勘探、鉆井提速、高效壓裂等方面取得了良好效果，頁(yè)巖氣水平井單井產(chǎn)能和成本有了較大改善。對(duì)于頁(yè)巖埋深為2 800～3 500 m，水平段長(zhǎng)1 500～1 800 m，分18～20段壓裂的水平井，單井鉆采成本控制在5 300萬(wàn)元，部分井壓裂測(cè)試后獲得了較高產(chǎn)量，但多數(shù)單井穩(wěn)定日產(chǎn)能仍在（3.5～4.0）×104m3，單井EUR為（0.6～0.9）×108m3。據(jù)此進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，單井經(jīng)濟(jì)極限成本需控制在（3 500～4 500）萬(wàn)元才能實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。顯然，常壓頁(yè)巖氣對(duì)成本控制提出了更高的要求。目前單井鉆采成本距離效益開(kāi)發(fā)還有較大差距。

中國(guó)常壓頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)總體尚處于起步和探索階段，加上其復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)，在基礎(chǔ)理論、技術(shù)攻關(guān)、管理創(chuàng)新等方面面臨以下主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

1）如何進(jìn)一步深化南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)常壓頁(yè)巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)研究和富集高產(chǎn)理論認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)“差中選優(yōu)、優(yōu)中選甜、甜中找脆”，為優(yōu)選甜點(diǎn)靶區(qū)、最優(yōu)靶體和優(yōu)化工程工藝技術(shù)指明方向。

2）如何提升南方灰?guī)r地層溶洞和裂縫發(fā)育區(qū)優(yōu)快鉆完井技術(shù)，研發(fā)配套的工藝技術(shù)、材料和工具，實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井，進(jìn)一步降低鉆完井成本，提速提效。

3）如何優(yōu)化以大規(guī)模體積壓裂改造為核心的壓裂設(shè)計(jì)和工程工藝，創(chuàng)新密切割等壓裂改造模式，攻克最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力差值大，復(fù)雜縫網(wǎng)難以形成的難題，增大有效改造體積，提高單井產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量。

4）如何建立以井網(wǎng)優(yōu)化和立體多層多井平臺(tái)式“工廠化”為核心的開(kāi)發(fā)技術(shù)政策，提高采收率，建立立體多層多井開(kāi)發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)縱向資源的高效開(kāi)發(fā)，形成常壓頁(yè)巖氣高效排水采氣工藝管柱優(yōu)化組合等關(guān)鍵技術(shù)和工具。

5）如何創(chuàng)新管理模式，建立系統(tǒng)、科學(xué)、高效的決策運(yùn)行機(jī)制，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)科研、部署、決策、運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)，踐行和推廣地質(zhì)工程一體化，提高組織生產(chǎn)運(yùn)行效率，提質(zhì)增效。

3.2 主要對(duì)策

針對(duì)常壓頁(yè)巖氣面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)，需要立足常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)，深化甜點(diǎn)目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)優(yōu)選，強(qiáng)化工藝技術(shù)的針對(duì)性、適用性和實(shí)用性創(chuàng)新研究，持續(xù)深入地開(kāi)展增產(chǎn)、降本攻關(guān)實(shí)踐，創(chuàng)新高效管理模式，進(jìn)一步提速、提效，才能推動(dòng)中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣資源規(guī)模效益動(dòng)用。

3.2.1 深化常壓頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主控因素研究

沉積相控制頁(yè)巖的發(fā)育，影響頁(yè)巖氣的資源規(guī)模，在深水陸棚相宏觀沉積背景下，需要進(jìn)一步細(xì)化沉積微相研究。開(kāi)展不同地區(qū)五峰組—龍馬溪組龍一段①至⑨號(hào)小層頁(yè)巖有機(jī)碳含量、孔隙度、脆性、含氣性等關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)的變化規(guī)律研究，明確不同地區(qū)最優(yōu)甜點(diǎn)段，指導(dǎo)水平井最佳的穿行層位。

保存條件是影響頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵因素，構(gòu)造作用的強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間決定了頁(yè)巖氣保存條件，需要持續(xù)深化構(gòu)造復(fù)雜區(qū)以構(gòu)造作用為核心的頁(yè)巖氣保存條件研究。同時(shí)，加強(qiáng)構(gòu)造演化與頁(yè)巖氣成藏過(guò)程的動(dòng)態(tài)研究，剖析不同構(gòu)造類型、不同構(gòu)造樣式、不同構(gòu)造部位的頁(yè)巖氣富集主控因素。應(yīng)力場(chǎng)是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，應(yīng)力分布狀態(tài)對(duì)井網(wǎng)部署及壓裂方案至關(guān)重要，區(qū)域動(dòng)力演變過(guò)程決定應(yīng)力分布狀態(tài)，因此，需要加強(qiáng)區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化研究，充分利用巖心三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、井筒FMI成像測(cè)井、壓裂力學(xué)參數(shù)、微地震監(jiān)測(cè)等資料研究應(yīng)力場(chǎng)特征和天然裂縫分布規(guī)律，深化巖石起裂機(jī)理研究，建立縫網(wǎng)延伸模型，為井網(wǎng)部署和復(fù)雜縫網(wǎng)工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，強(qiáng)化頁(yè)巖氣甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)，建立地質(zhì)甜點(diǎn)+工程甜點(diǎn)+經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)一體化的常壓頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)差中選優(yōu)，優(yōu)中選甜。甜點(diǎn)目標(biāo)確保在地質(zhì)上富集，工程上好鉆好壓，經(jīng)濟(jì)上可行。建立水平段長(zhǎng)、壓裂規(guī)模、單井產(chǎn)能、單井EUR之間最佳的匹配關(guān)系。

3.2.2 加快優(yōu)快鉆完井配套技術(shù)攻關(guān)研究

在頁(yè)巖氣鉆完井工藝技術(shù)方面，通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、集成和自主創(chuàng)新，中國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)、工具、材料和裝備的國(guó)產(chǎn)化。彭水示范工程建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)“產(chǎn)學(xué)研用”一體化平臺(tái)，研發(fā)了系列鉆井提速工具。研制的φ228 mm射流沖擊器，解決了PDC鉆頭振動(dòng)劇烈，鉆速低、壽命短的問(wèn)題；研發(fā)的φ172 mm與φ203 mm水力振蕩器，解決了三維軌道摩阻大、軌跡控制難度高等難題，工具面調(diào)整時(shí)間降低約30%，可替代國(guó)外同類產(chǎn)品。同時(shí)持續(xù)優(yōu)化鉆井參數(shù)，優(yōu)選“高效鉆頭+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+優(yōu)質(zhì)鉆井液”等提速工具工藝組合，探索水平段一趟鉆技術(shù)。通過(guò)以上舉措，機(jī)械鉆速提高31%，鉆井周期逐步控制在70 d以內(nèi)，水平井單井鉆完井成本降至2 700萬(wàn)～3 500萬(wàn)元。盡管如此，對(duì)于低品位的常壓頁(yè)巖氣資源，周期仍偏長(zhǎng)，成本仍偏高。

南方地區(qū)灰?guī)r地層溶洞和裂縫發(fā)育，地層承壓能力低，漏失是目前鉆井工程面臨的主要問(wèn)題。鉆進(jìn)過(guò)程中處理堵漏等復(fù)雜情況的非生產(chǎn)時(shí)間占比較高，影響鉆井時(shí)效。下步需要加強(qiáng)地球物理等手段的工程勘察力度，重點(diǎn)開(kāi)展找洞查漏，規(guī)避大型漏失點(diǎn)，亟待探索克服開(kāi)放型裂縫的淺層空氣鉆井、高壓噴射鉆井等優(yōu)快鉆井技術(shù)，研發(fā)新型堵漏材料、工具和隨鉆堵漏工藝，減少非生產(chǎn)時(shí)間。加快強(qiáng)封堵、高性能、低油水比油基鉆井液和水基鉆井液體系研發(fā)，盡快實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模應(yīng)用，降低成本并減少對(duì)環(huán)境的傷害。研發(fā)低密度泡沫水泥漿體系，解決漏失和地層承壓能力低對(duì)固井質(zhì)量的影響。同時(shí)，加快鉆井提速工具國(guó)產(chǎn)化的研究，加強(qiáng)PDC高效鉆頭、射流沖擊器、水力振蕩器、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等配套工具的研發(fā)，完善適合常壓頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)的“瘦身型”井身結(jié)構(gòu)鉆井技術(shù)方案，創(chuàng)新山地“車載鉆機(jī)打?qū)Ч?大型鉆機(jī)打一開(kāi)、二開(kāi)”的工廠化鉆井模式，進(jìn)一步提速、提效。

3.2.3 加強(qiáng)高效壓裂改造工藝技術(shù)研究

1）持續(xù)開(kāi)展低成本高性能壓裂材料的優(yōu)選評(píng)價(jià)和自主研發(fā)，進(jìn)一步降低成本。

針對(duì)常壓區(qū)裂縫發(fā)育，易漏失，地應(yīng)力低、閉合壓力低等特點(diǎn)，需要開(kāi)展流體敏感性、應(yīng)力敏感性和壓裂液自吸損害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，形成適用于常壓頁(yè)巖儲(chǔ)層敏感性的評(píng)價(jià)方法。由此揭示壓裂液滯留頁(yè)巖儲(chǔ)層的時(shí)空分布特征，明確常壓頁(yè)巖儲(chǔ)層敏感性損害程度，進(jìn)而指導(dǎo)優(yōu)化壓裂液配方，進(jìn)一步提高壓裂液體系與常壓頁(yè)巖地層的配伍性，最大減少壓裂液對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的傷害。同時(shí)，需持續(xù)加強(qiáng)低成本高效降阻水、低濃度膠液體系研發(fā)和配方優(yōu)化，進(jìn)一步降低成本。開(kāi)展壓裂返排液處理配方及工藝研究，形成壓裂返排液重復(fù)利用技術(shù)。

2）深化體積壓裂改造模式研究，提高頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量和井控儲(chǔ)量。

大型分段壓裂是改善頁(yè)巖氣滲流條件、提高頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量的主要途徑?！懊芮懈?、單段多簇、投球暫堵”技術(shù)是頁(yè)巖氣水平井壓裂改造的發(fā)展趨勢(shì)。然而，簇?cái)?shù)增多后如何保證各簇裂縫均衡起裂及擴(kuò)展、縱向縫高有效溝通優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、有效提高單井控制儲(chǔ)量，是該技術(shù)的實(shí)施難點(diǎn)，尤其是常壓頁(yè)巖區(qū)兩向應(yīng)力差值大，不易形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)縫網(wǎng)。下步仍需要持續(xù)開(kāi)展巖石破裂特征和裂縫延伸的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，明確頁(yè)巖破裂特征及成縫機(jī)理，開(kāi)展體積壓裂改造模式、多簇裂縫均衡擴(kuò)展、雙暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝、多尺度裂縫造縫、多持續(xù)裂縫分級(jí)支撐等配套工藝技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)攻關(guān)，試驗(yàn)“一段一策”變密度射孔、變黏度、變排量?jī)?yōu)化組合、多粒徑組合優(yōu)化等個(gè)性化壓裂工藝。此外，還需加強(qiáng)深層頁(yè)巖氣配套壓裂工程工藝技術(shù)的攻關(guān)試驗(yàn)。

3.2.4 加強(qiáng)常壓頁(yè)巖氣生產(chǎn)規(guī)律研究，制定效益開(kāi)發(fā)技術(shù)策略

目前常壓頁(yè)巖氣生產(chǎn)時(shí)間短，對(duì)其生產(chǎn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)較為薄弱。因而需要加強(qiáng)頁(yè)巖氣壓裂效果評(píng)估，評(píng)價(jià)不同構(gòu)造部位、頁(yè)巖埋深、水平段長(zhǎng)、兩靶高差、壓裂級(jí)數(shù)、段長(zhǎng)、壓裂工藝及參數(shù)等對(duì)SRV和單井產(chǎn)能的影響，深化生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)分析，研究不同生產(chǎn)制度、不同生產(chǎn)階段產(chǎn)氣規(guī)律，預(yù)測(cè)開(kāi)采中氣藏能量分布和單井EUR，明確影響常壓頁(yè)巖氣產(chǎn)能主控因素，為制定常壓頁(yè)巖氣最優(yōu)開(kāi)發(fā)技術(shù)策略提供依據(jù)。同時(shí)，開(kāi)展開(kāi)發(fā)調(diào)整技術(shù)對(duì)策研究。針對(duì)已開(kāi)發(fā)區(qū)，通過(guò)數(shù)值模擬、氣藏工程、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等方法，研究最優(yōu)的井網(wǎng)加密時(shí)機(jī)和加密井開(kāi)發(fā)技術(shù)，最大程度提高儲(chǔ)量動(dòng)用率。此外，還需加強(qiáng)五峰組—龍馬溪組氣層的立體評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，制定不同層段的合理井距、水平井參數(shù)、合理生產(chǎn)方式及配產(chǎn)等開(kāi)發(fā)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)縱向上資源的有效動(dòng)用。

基礎(chǔ)研究方面重點(diǎn)開(kāi)展頁(yè)巖解吸—擴(kuò)散—滲流耦合實(shí)驗(yàn)，深入研究納米孔隙中氣液兩相—?dú)怏w單相滲流規(guī)律，建立準(zhǔn)確描述滲流規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合生產(chǎn)井特征，建立常壓頁(yè)巖氣井?dāng)y液理論模型，為不同生產(chǎn)階段采氣工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

現(xiàn)場(chǎng)著重開(kāi)展電潛泵、射流泵、智能柱塞管柱、氣舉、泡排、管柱優(yōu)化排采等工藝的適應(yīng)性分析，研究工藝管柱的應(yīng)用條件，探索形成適用于常壓頁(yè)巖氣井不同排采階段的高效排水采氣工藝管柱優(yōu)化組合技術(shù)和關(guān)鍵工具。

3.2.5 全面推行地質(zhì)工程最優(yōu)化決策平臺(tái)，不斷提高生產(chǎn)運(yùn)行管理效率

以增產(chǎn)、提速、降本、增效為核心，破解常壓頁(yè)巖氣低品位資源效益開(kāi)發(fā)難題，需要積極探索實(shí)踐頁(yè)巖氣地質(zhì)工程最優(yōu)化決策平臺(tái)運(yùn)行模式，全面推行四個(gè)一體化（圖11）：一體化管理、一體化評(píng)價(jià)、一體化設(shè)計(jì)、一體化作業(yè)。

構(gòu)建多部門、多學(xué)科、多專業(yè)技術(shù)人員組成的地質(zhì)工程一體化管理團(tuán)隊(duì)，成立頁(yè)巖氣領(lǐng)導(dǎo)小組和現(xiàn)場(chǎng)工作部，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，制訂階段目標(biāo)，完善考核機(jī)制，開(kāi)展前瞻性、科學(xué)性、指導(dǎo)性、時(shí)效性的組織決策管理。

圖11 頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化運(yùn)行模式Fig.11 Integrated operation mode of shale gas geological engineering

一體化評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)是實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)持續(xù)深化過(guò)程。1）開(kāi)展地上+地下+經(jīng)濟(jì)的一體化目標(biāo)評(píng)價(jià)，獲取最優(yōu)的甜點(diǎn)目標(biāo)和技術(shù)方案，指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工；2）開(kāi)展五峰組—龍馬溪組下部①至⑤號(hào)氣層+上部⑥至⑨號(hào)氣層一體化評(píng)價(jià)，為立體開(kāi)發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)；3）開(kāi)展項(xiàng)目全過(guò)程一體化評(píng)價(jià)，從頁(yè)巖氣勘探、評(píng)價(jià)、產(chǎn)建、投產(chǎn)4個(gè)階段入手，客觀分析評(píng)價(jià)各階段的優(yōu)點(diǎn)和不足，獲取方案可優(yōu)化調(diào)整的空間；4）開(kāi)展單井全生命周期一體化評(píng)價(jià)，建立單井從部署—鉆探—壓裂—試采—投產(chǎn)—報(bào)廢全生命周期的檔案信息，一方面是深入開(kāi)展鉆采評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)分析，用新的成果認(rèn)識(shí)及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)，優(yōu)化后期部署方案，另一方面是便于生產(chǎn)中精細(xì)管理，一井一策、分類施策、延年益壽。

一體化設(shè)計(jì)的核心思想是按照地質(zhì)兼顧工程、工程服務(wù)地質(zhì)，勘探向后延伸、開(kāi)發(fā)提前介入，全方位優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念。在一體化評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，按照區(qū)塊、平臺(tái)、單井3個(gè)級(jí)別全面推進(jìn)一體化地震設(shè)計(jì)、一體化井位設(shè)計(jì)、一體化鉆井設(shè)計(jì)、一體化導(dǎo)向設(shè)計(jì)、一體化壓裂設(shè)計(jì)、一體化排采設(shè)計(jì)、一體化地面工程設(shè)計(jì)、一體化安全環(huán)保設(shè)計(jì)?？碧街鲃?dòng)向開(kāi)發(fā)延伸，探井和評(píng)價(jià)井在開(kāi)發(fā)井網(wǎng)上部署，開(kāi)發(fā)提前介入氣藏評(píng)價(jià)，提前開(kāi)展開(kāi)發(fā)概念設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井錄取探井評(píng)價(jià)所需地質(zhì)資料。

一體化作業(yè)需要建立系統(tǒng)規(guī)范的生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)制和管理流程，搭建生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺(tái)，實(shí)行工序流程化、流程表單化、表單信息化，推進(jìn)生產(chǎn)管理流程標(biāo)準(zhǔn)化、制度化、規(guī)范化，并推行項(xiàng)目化管理模式，成立鉆井、壓裂、采氣、地面、物供5個(gè)項(xiàng)目組，執(zhí)行“短流程、快節(jié)奏、高質(zhì)量、低成本”方針，全程優(yōu)化投資計(jì)劃、技術(shù)方案和生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各工序、各環(huán)節(jié)無(wú)縫鏈接，進(jìn)一步提高生產(chǎn)運(yùn)行管理效益。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多年的探索攻關(guān)，以渝東南盆緣構(gòu)造復(fù)雜帶南川—武隆地區(qū)為代表的中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣在地質(zhì)認(rèn)識(shí)、工藝技術(shù)、成本管控、勘探突破、產(chǎn)能建設(shè)等方面取得了一些重要成果：①建立了常壓頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)地質(zhì)理論；②建立了常壓頁(yè)巖氣綜合評(píng)價(jià)技術(shù)；③創(chuàng)新了常壓頁(yè)巖氣低成本工程工藝技術(shù)；④初步形成常壓頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)策略；⑤形成綠色礦山建設(shè)模式；⑥實(shí)現(xiàn)常壓頁(yè)巖氣勘探多點(diǎn)突破和高效開(kāi)發(fā)。

實(shí)踐證實(shí)中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣具有廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也面臨理論創(chuàng)新、工藝技術(shù)突破、成本與效益開(kāi)發(fā)等主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)中國(guó)南方常壓頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展，提出5點(diǎn)建議：①深化常壓頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主控因素研究，落實(shí)甜點(diǎn)目標(biāo)；②加快優(yōu)快鉆完井配套技術(shù)攻關(guān)研究，進(jìn)一步提速提效；③加強(qiáng)高效壓裂改造工藝技術(shù)研究，進(jìn)一步降本增效；④加強(qiáng)常壓頁(yè)巖氣生產(chǎn)規(guī)律研究，優(yōu)化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策；⑤全面推行地質(zhì)工程最優(yōu)化決策平臺(tái)，不斷提高生產(chǎn)運(yùn)行管理效率。