四川盆地深層海相碳酸鹽巖氣藏開發(fā)技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展方向

胡 勇 彭 先 李 騫 李隆新 胡 碟

1. 中國(guó)石油西南油氣田公司 2. 中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

海相碳酸鹽巖氣藏在四川盆地天然氣生產(chǎn)中占有極為重要的地位，其層系資源量占該盆地常規(guī)天然氣資源量的85%，層系探明儲(chǔ)量占該盆地常規(guī)天然氣總探明儲(chǔ)量的70%，海相碳酸鹽巖層系已成為實(shí)現(xiàn)四川盆地常規(guī)天然氣效益開發(fā)的主力層系[1-3]。2018年，四川盆地碳酸鹽巖氣藏天然氣產(chǎn)量為280×108m3，占該盆地常規(guī)天然氣總產(chǎn)量的66%，是四川盆地常規(guī)天然氣產(chǎn)量貢獻(xiàn)的壓艙石。歷經(jīng)60余年的不斷探索，中國(guó)石油西南油氣田公司（以下簡(jiǎn)稱西南油氣田）相繼開發(fā)了四川盆地南部中二疊統(tǒng)、威遠(yuǎn)震旦系，盆地東部高陡構(gòu)造石炭系，盆地東北部二、三疊系等碳酸鹽巖層系[4]。2011—2012年，四川盆地中部（以下簡(jiǎn)稱川中）震旦系燈影組和寒武系龍王廟組獲得天然氣勘探重大突破，成為該盆地常規(guī)天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域[5-6]。

川中深層碳酸鹽巖氣藏圈閉面積大、保存條件較好，是四川盆地內(nèi)少有的特大型氣田。然而,由于經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)演化，其成藏條件復(fù)雜、埋藏深；并且，由于經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)層受多期膠結(jié)等成巖作用控制，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度及滲透率低，主要發(fā)育小尺度縫洞；此外，主力氣藏高壓含硫、氣水關(guān)系復(fù)雜，高效開發(fā)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為此，筆者通過(guò)剖析四川盆地深層海相碳酸鹽巖氣田的開發(fā)歷程，結(jié)合深層碳酸鹽巖氣田的開發(fā)特點(diǎn)與實(shí)踐，總結(jié)梳理了專項(xiàng)特色技術(shù)，并指出了下一步技術(shù)攻關(guān)的方向，以期為國(guó)內(nèi)外深層海相碳酸鹽巖氣藏的高效開發(fā)提供借鑒。

表1 四川盆地海相碳酸鹽巖大中型氣田基本特征統(tǒng)計(jì)表

1 四川盆地深層海相碳酸鹽巖氣藏開發(fā)基本特征

1.1 氣田分布特征

四川盆地是在上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的大型疊合盆地，經(jīng)歷了晚元古代—中三疊世的海相和晚三疊世—新生代陸相盆地階段，盆地海相地層沉積期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4.2億年，沉積厚度介于4 000～7 000 m，其中碳酸鹽巖沉積厚度介于3 000～5 000 m。四川盆地海相碳酸鹽巖具有發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)、層系多、沉積厚度大的特征。

在四川盆地發(fā)現(xiàn)的28個(gè)油氣產(chǎn)層中，海相產(chǎn)層有20個(gè)，其中海相碳酸鹽巖產(chǎn)層18個(gè)，頁(yè)巖氣產(chǎn)層2個(gè)[7]。截至2018年底，四川盆地海相碳酸鹽巖層系已獲探明地質(zhì)儲(chǔ)量23 435×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣量超過(guò)4 200×108m3。已發(fā)現(xiàn)的深層海相碳酸鹽巖氣藏主要位于川東石炭系、川東二疊系和三疊系、川中震旦系和寒武系（表1）。

1.2 氣田開發(fā)特點(diǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)

四川盆地深層海相碳酸鹽巖氣藏埋深介于4 500～6 000 m，總體具有“三低（低孔隙度、低滲透率、低豐度），三高（高溫、高壓、高含硫）”的特征。與國(guó)內(nèi)外的深層碳酸鹽巖氣藏相比[8]，四川盆地該類氣藏的開發(fā)具有以下5個(gè)方面的特點(diǎn)，從而使氣藏的開發(fā)面臨巨大挑戰(zhàn)。

1.2.1 儲(chǔ)量規(guī)模差異大、類型多，針對(duì)性開發(fā)主體技術(shù)要求高

四川盆地（中石油礦權(quán)內(nèi)）已累計(jì)探明深層海相碳酸鹽巖氣藏118個(gè)，其中已開發(fā)110個(gè)。氣藏圈閉類型眾多，涵蓋構(gòu)造、巖性和裂縫型等3大圈閉類型；儲(chǔ)集類型多樣，包括孔隙型、裂縫—孔隙型、裂縫—孔洞型及裂縫型；氣藏儲(chǔ)量規(guī)模差異大，既有千億立方米級(jí)的特大型氣藏，也有十億立方米級(jí)的小型氣藏。同一種開發(fā)模式難以在不同類型氣藏中通用，需要建立針對(duì)性的開發(fā)主體技術(shù)。

1.2.2 儲(chǔ)層品質(zhì)差、非均質(zhì)性強(qiáng)，氣藏描述和開發(fā)部署難度大

深層海相碳酸鹽巖氣藏由于年代久、埋藏深，儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)多期膠結(jié)等成巖作用控制，普遍為低孔隙度，孔隙度小于6%，且基質(zhì)滲透率低，大多小于0.1 mD；儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，縱向多層、橫向多變化[9-11]，為開發(fā)有利區(qū)的優(yōu)選和井位部署的優(yōu)化帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。

1.2.3 普遍含邊、底水，水體能量活躍，有效防水治水難度大

深層海相碳酸鹽巖氣藏流體賦存模式復(fù)雜多樣，已開發(fā)碳酸鹽巖氣藏中95%以上存在邊、底水，水侵強(qiáng)度為較強(qiáng)—極強(qiáng)的占比超過(guò)75%，氣藏開發(fā)過(guò)程普遍受水侵影響，部分氣藏表現(xiàn)出非均勻水侵、暴性水淹等現(xiàn)象[12-13]，導(dǎo)致氣藏采收率大幅降低，如何有效防水治水一直是困擾開發(fā)工作者的難題。

1.2.4 開發(fā)井多位于山地，鉆遇地層縱向上展布復(fù)雜，鉆完井工程難度大

四川盆地四周群山環(huán)繞，開發(fā)井多位于山地，地表?xiàng)l件復(fù)雜，井場(chǎng)選址困難；深層海相碳酸鹽巖氣藏在鉆井過(guò)程中會(huì)鉆揭多套產(chǎn)層，地層壓力系數(shù)變化大，且存在異常高壓帶，儲(chǔ)層段鉆井安全密度窗口窄，存在漏噴現(xiàn)象，鉆完井工程施工難度大。

1.2.5 原料氣普遍含酸性氣體，安全清潔開發(fā)要求高

深層海相碳酸鹽巖氣藏天然氣普遍含H2S和CO2，H2S含量最高達(dá)493 g/m3，酸性氣體對(duì)井下管柱和地面管線腐蝕嚴(yán)重，開發(fā)工藝技術(shù)復(fù)雜，對(duì)材質(zhì)等級(jí)要求高。同時(shí)，四川省人口稠密，平均人口密度達(dá)600人/km2，環(huán)境敏感，多靜風(fēng)氣候，農(nóng)業(yè)化程度高，對(duì)環(huán)境與安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)與控制技術(shù)要求高。

2 開發(fā)主體技術(shù)進(jìn)展及成效

四川盆地深層海相碳酸鹽巖氣藏的開發(fā)始于20世紀(jì)80年代，是我國(guó)海相碳酸鹽巖氣藏開發(fā)技術(shù)的奠基者和開拓者。主體開發(fā)技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)3個(gè)階段：①20世紀(jì)80—90年代，以深層大型高陡構(gòu)造氣藏為開發(fā)對(duì)象，初步建立了主體開發(fā)技術(shù)；②21世紀(jì)初，以深層大型礁灘氣藏為開發(fā)對(duì)象，主體開發(fā)技術(shù)日益成熟與普及；③2010年后，以深層—超深層特大型低緩構(gòu)造氣藏為對(duì)象，專項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與突破，開發(fā)主體技術(shù)系列持續(xù)完善。通過(guò)多輪技術(shù)攻關(guān)，西南油氣田在精細(xì)氣藏描述、治水優(yōu)化開發(fā)、增產(chǎn)工藝技術(shù)、清潔安全工程技術(shù)等方面[14]創(chuàng)新形成了4項(xiàng)專項(xiàng)特色技術(shù)，有效支撐了天然氣產(chǎn)量跨越式增長(zhǎng)。

2.1 主體技術(shù)創(chuàng)新與突破

2.1.1 深層低緩構(gòu)造強(qiáng)非均質(zhì)氣藏精細(xì)描述技術(shù)

深層海相碳酸鹽巖氣藏構(gòu)造低緩、沉積演化過(guò)程復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)、小尺度縫洞發(fā)育不均，通過(guò)圍繞構(gòu)造精細(xì)描述、丘灘體精細(xì)雕刻、小尺度縫洞體精細(xì)刻畫等開展技術(shù)攻關(guān)[15-18]，解決深層碳酸鹽巖氣藏開發(fā)面臨的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)小尺度縫洞表征定量化與精細(xì)化、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)滲體刻畫精準(zhǔn)化與可視化，為氣藏井位部署與高效開發(fā)對(duì)策制訂提供支撐。

2.1.1.1 深層低緩構(gòu)造精細(xì)描述技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏地震反射信號(hào)能量弱，地震資料信噪比低，這會(huì)直接影響到對(duì)地下構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，且目的層構(gòu)造幅度低，又對(duì)構(gòu)造描述精度提出了更高要求。通過(guò)運(yùn)用地表一致性反褶積來(lái)消除由于震源和檢波器周圍的不均勻性引起的近地表變化對(duì)子波的影響，采用最小相位反Q濾波補(bǔ)償頻率吸收，利用井控預(yù)測(cè)反褶積壓縮基本子波，壓制交混回響和短周期多次波，在保證一定信噪比的前提下，通過(guò)對(duì)反褶積各項(xiàng)參數(shù)的試驗(yàn)，結(jié)合地震處理、解釋一體化研究，確定合理的反褶積參數(shù)，形成了深層碳酸鹽巖低幅構(gòu)造高精度地震成像技術(shù)，大幅提高了地震成像精度。應(yīng)用該技術(shù)拓寬了高低頻成分，地震資料主頻由過(guò)去的25～30 Hz提高至30～35 Hz，頻寬拓寬到6～72 Hz，提高了資料分辨率，獲得了高品質(zhì)的疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)和優(yōu)質(zhì)CRP道集。在地震精細(xì)處理的基礎(chǔ)上，開展基于灘相儲(chǔ)層分布模式的地震正演模擬，分區(qū)進(jìn)行地層頂?shù)鬃粉櫧忉?，由淺至深建立高精度速度體，形成深層碳酸鹽巖低幅構(gòu)造地震精細(xì)解釋技術(shù)，精細(xì)刻畫構(gòu)造細(xì)節(jié)特征（圖1）?？坍嫵龈卟钚∮?0 m的微幅構(gòu)造，識(shí)別出斷距介于10～20 m的小斷層。經(jīng)實(shí)鉆井驗(yàn)證，相對(duì)誤差小于0.5%，遠(yuǎn)低于地震解釋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許的相對(duì)誤差（2%）。

2.1.1.2 層序地層格架下丘灘體精細(xì)刻畫技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏的沉積演化過(guò)程復(fù)雜，其強(qiáng)非均質(zhì)性使得地層剝蝕程度差異大，層序地層格架建立困難，丘灘體分布難以精細(xì)刻畫。將實(shí)鉆地層對(duì)比剖面與地震剖面相結(jié)合，進(jìn)行精細(xì)分析，建立等時(shí)地層框架，選取標(biāo)志層對(duì)模型進(jìn)行約束，基于高分辨率地震處理技術(shù)建立目的層全局地層框架模型。采用Wheeler域變換技術(shù)結(jié)合層序邊界屬性進(jìn)行層序劃分，明確各級(jí)層序界面以建立層序地層格架；然后，進(jìn)行巖石物理分析、丘灘體正演模擬，尋找丘灘有利相帶與地震屬性之間的關(guān)聯(lián)性；利用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的曲線反演技術(shù)對(duì)丘灘復(fù)合體開展曲線反演，在地層框架模型內(nèi)，以準(zhǔn)層序組為單元，進(jìn)行丘灘體的空間展布雕刻，形成了層序地層格架下的丘灘體精細(xì)刻畫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了丘灘體的定量預(yù)測(cè)，精細(xì)描述了丘灘體構(gòu)型和空間疊置關(guān)系（圖2），提高了丘灘體預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)及開發(fā)甜點(diǎn)區(qū)的選擇提供支撐。

2.1.1.3 小尺度縫洞體精細(xì)雕刻技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)層孔隙度低、小尺度縫洞（毫米級(jí)溶洞、微米級(jí)裂縫）發(fā)育不均，與傳統(tǒng)的大尺度縫洞相比，要實(shí)現(xiàn)該類氣藏小尺度縫洞發(fā)育區(qū)精細(xì)描述難度極大。因此，以巖石物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，綜合數(shù)字巖心精細(xì)描述、成像與核磁測(cè)井精細(xì)解釋，建立了縫洞發(fā)育程度與巖電特征關(guān)系圖版，形成儲(chǔ)層縫洞定量識(shí)別方法，明確優(yōu)質(zhì)縫洞儲(chǔ)層類型，提高縫洞儲(chǔ)層識(shí)別精度，符合率達(dá)89%。在單井縫洞準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖石物理模擬實(shí)驗(yàn)，獲取不同類型儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征，創(chuàng)建了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層地震敏感參數(shù)表征方法，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震多屬性信息融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了非均質(zhì)縫洞儲(chǔ)集體地震分級(jí)識(shí)別、小尺度溶蝕孔洞預(yù)測(cè)和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層精細(xì)刻畫。小尺度縫洞儲(chǔ)集體地震分級(jí)識(shí)別及儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)技術(shù)體系的建立，使縫洞儲(chǔ)層預(yù)測(cè)吻合率由70%提高到90%，精細(xì)雕刻了優(yōu)質(zhì)縫洞儲(chǔ)層的空間分布（圖3）。

圖2 高石梯—磨溪區(qū)塊震旦系燈四上亞段丘灘體疊合沉積前古地貌圖

圖3 四川盆地磨溪區(qū)塊龍王廟組儲(chǔ)層振幅能量展布圖

2.1.2 小尺度縫洞發(fā)育有水氣藏治水優(yōu)化技術(shù)

深層高壓有水碳酸鹽巖氣藏小尺度縫洞搭配關(guān)系復(fù)雜、水體活躍、水侵類型多樣，對(duì)氣藏高效開發(fā)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。圍繞水侵通道識(shí)別、微觀滲流機(jī)理認(rèn)識(shí)、非均勻水侵規(guī)律分析、開發(fā)規(guī)律動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)等開展技術(shù)攻關(guān)，有效提升了深層碳酸鹽巖有水氣藏的采收率，定量揭示了氣藏高產(chǎn)的作用機(jī)理，精細(xì)刻畫了氣藏水侵通道，準(zhǔn)確把握了氣藏的水侵規(guī)律，大幅度提高了氣藏開發(fā)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，指導(dǎo)了氣藏開發(fā)技術(shù)對(duì)策的優(yōu)化與制訂[19-23]。

2.1.2.1 水侵優(yōu)勢(shì)通道識(shí)別與預(yù)測(cè)技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)層類型多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)，造成其水侵特征復(fù)雜多樣，潛在水侵影響難以準(zhǔn)確判斷，直接影響了有水氣藏的高效開發(fā)。氣藏優(yōu)化治水開發(fā)必須依靠水侵優(yōu)勢(shì)通道的準(zhǔn)確刻畫，而僅通過(guò)地質(zhì)特征描述或利用動(dòng)態(tài)特征判斷連通關(guān)系的單一描述方式難以準(zhǔn)確刻畫出水侵優(yōu)勢(shì)通道。

通過(guò)對(duì)氣藏構(gòu)造的精細(xì)描述，結(jié)合實(shí)鉆井測(cè)井及測(cè)試資料，確定氣藏氣水界面，刻畫氣藏氣水分布?；跉獠貛r性變化及斷裂特征的研究，明確氣藏不可能發(fā)生水侵的方向，而后通過(guò)疊前時(shí)間偏移地震剖面判斷氣區(qū)儲(chǔ)層與水體的連通關(guān)系，結(jié)合氣藏產(chǎn)水的動(dòng)態(tài)特征，判斷主要水侵方向。

對(duì)于靠近水區(qū)的邊部氣水同產(chǎn)井，通過(guò)對(duì)其產(chǎn)水特征、水侵對(duì)生產(chǎn)的影響特征分析，結(jié)合成像測(cè)井以明確井周圍裂縫發(fā)育程度，判斷發(fā)生裂縫水竄的可能性，從而明確氣井水侵類型；利用地震剖面判斷該井區(qū)不同方向上與水區(qū)的連續(xù)性，刻畫井周圍高滲帶分布，明確儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)連通方向，結(jié)合裂縫發(fā)育方位，明確氣井水侵方向，刻畫水侵優(yōu)勢(shì)通道。針對(duì)靠近水區(qū)的氣井，利用試井測(cè)試資料判斷其是否具有水侵跡象，結(jié)合成像測(cè)井以明確井周圍裂縫發(fā)育程度及方向，預(yù)判水侵類型，利用地震剖面判斷該井區(qū)不同方向上與水區(qū)的連續(xù)性，明確儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)連通方向，預(yù)測(cè)水侵方向，刻畫潛在的水侵通道。針對(duì)氣藏內(nèi)部氣井，利用氣井壓力測(cè)試數(shù)據(jù)及干擾試井測(cè)試數(shù)據(jù)，判斷其與周圍氣井，特別是靠近邊部的氣井的井間連通性，結(jié)合地震剖面判斷該井不同方向上與其周圍氣井的連續(xù)性，明確儲(chǔ)層優(yōu)勢(shì)連通方向，預(yù)測(cè)水侵方向，刻畫潛在的水侵通道。

2.1.2.2 全直徑三維數(shù)字巖心分析及微觀流動(dòng)模擬分析技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏小尺度縫洞非均勻發(fā)育且搭配關(guān)系復(fù)雜，在低孔隙度背景下儲(chǔ)層滲透率級(jí)差大，傳統(tǒng)方法難以準(zhǔn)確定量描述多重介質(zhì)儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)與滲流特征。

通過(guò)優(yōu)化灰度圖像閾值分割的自適應(yīng)算法改進(jìn)原有的曲面構(gòu)建方法，首次定義三維空間中裂縫識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，拓展儲(chǔ)集空間三維特征算法，建立全直徑巖心尺度三維數(shù)字巖心儲(chǔ)集空間特征定量描述方法，實(shí)現(xiàn)全直徑巖心（直徑10 cm）內(nèi)部三維儲(chǔ)集空間的自動(dòng)化追蹤與提取，以及分辨率為38 μm的孔、洞、縫特征和體積占比的定量化描述。

通過(guò)將數(shù)字巖心網(wǎng)格化，針對(duì)不同介質(zhì)中滲流、裂隙流和自由流動(dòng)，綜合應(yīng)用N-S方程、達(dá)西滲流方程與裂縫滲流立方率方程，建立孔、洞、縫耦合流動(dòng)模型，結(jié)合連續(xù)性邊界條件，采用有限元算法求解，形成全直徑巖心在70 MPa、140 ℃條件下多重介質(zhì)多流態(tài)耦合流動(dòng)數(shù)值模擬方法，實(shí)現(xiàn)了微觀滲流特征的高效準(zhǔn)確可視化定量表征（圖4），微觀數(shù)值模擬網(wǎng)格分辨率為80 μm，模擬時(shí)間為2 h，與物理實(shí)驗(yàn)相對(duì)誤差為9%。

圖4 數(shù)字巖心微觀流動(dòng)速度場(chǎng)分布圖

當(dāng)基巖部分發(fā)育微裂縫搭建“基巖橋”，且微裂縫在孔隙空間中占比超過(guò)6%時(shí)，低孔儲(chǔ)層的滲流能力將顯著提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)[24]，該認(rèn)識(shí)揭示了低孔條件下裂縫—孔洞型儲(chǔ)層高產(chǎn)的本質(zhì)原因，從機(jī)理上支撐了儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和有利目標(biāo)優(yōu)選，為特大型碳酸鹽巖氣藏多重介質(zhì)數(shù)值模擬中模型優(yōu)選和屬性參數(shù)的確定提供了依據(jù)。

2.1.2.3 超壓氣藏水侵識(shí)別及預(yù)報(bào)技術(shù)

深層高壓有水碳酸鹽巖氣藏水體活躍，在多儲(chǔ)集類型條件下水侵特征復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)難以準(zhǔn)確表征水侵能量來(lái)源、水侵類型及水侵前緣。

通過(guò)解決高溫高壓條件下裂縫—孔洞型巖心滲流實(shí)驗(yàn)密封、微壓差控制和準(zhǔn)確計(jì)量的問(wèn)題，首次測(cè)定超壓條件下不同壓力對(duì)應(yīng)的巖石壓縮系數(shù)，形成了考慮巖石壓縮條件的水侵量計(jì)算方法，然后建立水侵量與可動(dòng)水體儲(chǔ)量之比隨地層壓力的變化關(guān)系（圖5），形成異常高壓氣藏水體能量釋放高峰的壓力診斷方法，定量評(píng)價(jià)水體能量釋放高峰對(duì)應(yīng)的地層壓力范圍。

圖5 異常高壓氣藏水侵量與可動(dòng)水體儲(chǔ)量之比隨地層壓力變化關(guān)系曲線圖

結(jié)合CT掃描與微電子光刻技術(shù)，建立微觀可視化模型，實(shí)現(xiàn)帶壓條件下3種儲(chǔ)集類型氣驅(qū)水和水驅(qū)氣兩相微觀滲流機(jī)理的表征，識(shí)別5種殘余水模式及4種封閉氣類型，建立含水飽和度與儲(chǔ)集空間特征參數(shù)的關(guān)系，預(yù)測(cè)不同時(shí)刻下的氣水分布，定量揭示不同儲(chǔ)層類型含水飽和度的變化規(guī)律。

建立非均質(zhì)氣藏直井多區(qū)復(fù)合模型和水平井不穩(wěn)定滲流模型，形成水侵前緣變化規(guī)律分析圖版，分區(qū)計(jì)算壓力波及邊界，定量評(píng)價(jià)非均質(zhì)有水氣藏直井、水平井水侵前緣變化特征。

依靠超壓氣藏水侵識(shí)別及預(yù)報(bào)技術(shù)，提前半年實(shí)現(xiàn)了氣井的水侵早期預(yù)警，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)95%，有效指導(dǎo)了氣藏防水治水對(duì)策的制訂。

2.1.2.4 精細(xì)數(shù)值模擬技術(shù)

深層特大型碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)集類型多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)、整體聯(lián)動(dòng)性強(qiáng)，現(xiàn)有技術(shù)難以兼顧地質(zhì)特征精細(xì)表征和整體精準(zhǔn)模擬。

采用“無(wú)粗化”建模數(shù)模一體化方式建立數(shù)值模擬模型，完整反映儲(chǔ)層非均質(zhì)特征，在此基礎(chǔ)上，選用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格準(zhǔn)確表征裂縫產(chǎn)狀，搭建可表征多尺度縫洞系統(tǒng)及裂縫水竄適應(yīng)性更好的裂縫模型[25]（圖 6）。

圖6 角點(diǎn)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格表征“火”字形裂縫產(chǎn)狀示意圖

通過(guò)算法優(yōu)化、網(wǎng)格“降維”以及迭代參數(shù)變量控制，以滿足計(jì)算的收斂性要求，采用計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)并行計(jì)算，選取最優(yōu)化并行節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全局模擬計(jì)算的并行優(yōu)化和近億級(jí)網(wǎng)格的高效數(shù)值計(jì)算，計(jì)算速度提高10倍以上，僅用2～3小時(shí)完成一個(gè)計(jì)算周期，最終形成包含多尺度縫洞的復(fù)雜網(wǎng)格表征體系，建立精細(xì)預(yù)測(cè)模型[26]。

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層雙滲特征、水體能量、應(yīng)力敏感特征參數(shù)以及相滲曲線的分區(qū)描述，準(zhǔn)確把握不同方向上的差異化水侵規(guī)律，預(yù)測(cè)邊水沿裂縫水竄與相對(duì)均勻推進(jìn)、底水錐進(jìn)與沿高角度縫竄進(jìn)等水侵動(dòng)態(tài)，預(yù)測(cè)結(jié)果吻合率高，較準(zhǔn)確地表征了主要水侵方向上的水侵動(dòng)態(tài)特征。

基于精細(xì)數(shù)值模擬技術(shù)，歷史擬合計(jì)算值與實(shí)際值相對(duì)誤差由8.34%大幅降低至1.43%，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了氣藏全生命周期開發(fā)動(dòng)態(tài)，通過(guò)后期檢驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)符合率大于90%，大幅度提升了開發(fā)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)水平，開發(fā)對(duì)策持續(xù)優(yōu)化的能力增強(qiáng)。

2.1.3 深層復(fù)雜氣井鉆完井及增產(chǎn)工程技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏高溫、高壓、含硫、非均質(zhì)性強(qiáng)，針對(duì)鉆井過(guò)程中將鉆揭多套產(chǎn)層、儲(chǔ)層段安全密度窗口窄、長(zhǎng)井段儲(chǔ)層發(fā)育不均、鉆井液侵入傷害深度不均的難題[27-28]，運(yùn)用井筒多相流動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，實(shí)時(shí)擬合溢、漏位置以及溢、漏形成時(shí)間，預(yù)測(cè)井筒壓力在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的變化行為，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比、分析，進(jìn)而優(yōu)化未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)微壓差（最小井底壓差）控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)有預(yù)見性的實(shí)時(shí)環(huán)空壓力補(bǔ)償或調(diào)節(jié)，保證各個(gè)時(shí)刻環(huán)空壓力剖面的閉環(huán)精確控制。對(duì)比常規(guī)鉆井，鉆井液漏失量減少86%，復(fù)雜情況的處理時(shí)間減少95.3%。

基于鉆進(jìn)時(shí)間、濾液分布情況、井周滲透率變化及過(guò)平衡壓差，建立基于長(zhǎng)井段儲(chǔ)層傷害預(yù)測(cè)的表皮系數(shù)診斷方法，定量化描述儲(chǔ)層傷害分布剖面，明確大斜度井/水平井傷害深度、傷害程度及表皮系數(shù)，從而指導(dǎo)工藝選擇及參數(shù)優(yōu)化。采用可降解暫堵球，實(shí)現(xiàn)物理轉(zhuǎn)向均勻布酸，形成轉(zhuǎn)向壓力圖版。針對(duì)不同儲(chǔ)層提出不同轉(zhuǎn)向壓力需求，選擇不同轉(zhuǎn)向劑轉(zhuǎn)向酸體系，結(jié)合變密度梯形割縫襯管，實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)向均勻布酸[29-30]。

深層復(fù)雜氣井鉆完井及增產(chǎn)工程技術(shù)使得深井鉆井周期縮短25.4%，單井節(jié)約成本近千萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了井深6 000 m、溫度150 ℃、水平段長(zhǎng)1 000 m、最大分段數(shù)11段的儲(chǔ)層改造，氣井平均增加測(cè)試產(chǎn)量 77×104m3/d。

2.1.4 含硫氣藏清潔、安全開發(fā)配套技術(shù)

深層碳酸鹽巖氣藏區(qū)域分布廣、環(huán)境復(fù)雜、流體組成差別大，地面位于人居密度為600人/平方千米的高度農(nóng)業(yè)化地區(qū)，安全清潔開發(fā)難度大[31-32]。為此，在常規(guī)含硫氣藏清潔安全開發(fā)基礎(chǔ)上，大力發(fā)展了硫磺回收和廢水排放相關(guān)配套技術(shù)。

通過(guò)在傳統(tǒng)還原吸收法基礎(chǔ)上加以綜合制氫的理念，優(yōu)化硫磺回收中H2S/SO2比值設(shè)計(jì)，設(shè)置外部氫源發(fā)生器，使用低溫加氫還原催化劑及余熱蒸汽鍋爐，形成綜合制氫硫磺回收方法，總硫回收率提高至99.9%，凈化廠尾氣中SO2排放濃度降至約150 mg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家即將發(fā)布的最新標(biāo)準(zhǔn)400 mg/m3，相比國(guó)內(nèi)同類裝置減排60%以上。

以水資源綜合利用分析和水平衡模擬計(jì)算為基礎(chǔ)，集成蒸發(fā)結(jié)晶、電滲析、反滲透、納濾、生化處理和物理法預(yù)處理等多項(xiàng)工藝，優(yōu)選低耗能工藝路線，優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)天然氣凈化廠廢水的零排放，能耗較常規(guī)工藝降低25%。

2.2 主體技術(shù)應(yīng)用與成效

2.2.1 支撐特大型氣藏開發(fā)井全部高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)

主體技術(shù)直接應(yīng)用于磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏的開發(fā)，精細(xì)刻畫出該氣藏儲(chǔ)層厚度大于20 m的有利區(qū)面積為675 km2，優(yōu)選開發(fā)建產(chǎn)區(qū)面積為543 km2；開發(fā)井全部采用水平井、大斜度井，通過(guò)主體工藝技術(shù)提高了單井產(chǎn)量，得益于井位精細(xì)部署、井軌跡精準(zhǔn)優(yōu)化及增產(chǎn)工藝改造，30口開發(fā)井全部高產(chǎn)，平均測(cè)試產(chǎn)量達(dá)150×104m3/d，日產(chǎn)氣量超過(guò)100×104m3的氣井占比達(dá)93%，創(chuàng)造了3年時(shí)間建成年產(chǎn)110×108m3天然氣生產(chǎn)能力的新紀(jì)錄，目前該氣藏累計(jì)產(chǎn)氣量超過(guò)400×108m3，為我國(guó)天然氣的供應(yīng)安全提供了有力保障。

2.2.2 支撐巖溶復(fù)雜型氣藏井位目標(biāo)精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)開發(fā)井有效率達(dá)100%

主體技術(shù)推廣應(yīng)用于高石梯—磨溪區(qū)塊燈四氣藏產(chǎn)能建設(shè)，取得了顯著成效。該氣藏優(yōu)選出開發(fā)有利區(qū)600 km2，目前已部署開發(fā)井69口，完成試油井33口，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)井有效率達(dá)100%；不同階段高產(chǎn)井比例大幅度提升，在建產(chǎn)期高產(chǎn)井達(dá)20口，占比由評(píng)價(jià)期的41%提升至61%，使該氣藏從邊界效益氣藏一躍成為上產(chǎn)主戰(zhàn)場(chǎng)。

2.2.3 支撐特大型氣藏整體治水技術(shù)方案制訂，實(shí)現(xiàn)治水優(yōu)化開發(fā)

轉(zhuǎn)變氣井控水、單井治水、被動(dòng)治水的傳統(tǒng)模式，以磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏整體優(yōu)化開發(fā)為出發(fā)點(diǎn)，形成“防控為主、適時(shí)排采、一區(qū)一策、一井一法”的治水思路，制訂了“主動(dòng)排水、排控結(jié)合、以控為主”的差異化治水對(duì)策，編制了特大型氣藏的整體治水方案；通過(guò)整體治水實(shí)現(xiàn)了氣藏均衡開發(fā)，有效延緩了氣藏產(chǎn)量遞減，提高了地層水活躍氣藏的采收率；實(shí)現(xiàn)了提前半年預(yù)報(bào)氣井水侵，且預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率由60%提高至95%以上，同時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別出了14口水侵風(fēng)險(xiǎn)井，氣藏綜合水氣比穩(wěn)定在0.3 m3/104m3左右，預(yù)計(jì)氣藏穩(wěn)產(chǎn)期將延長(zhǎng)3年，采收率提高8%。

3 下一步攻關(guān)方向

近年來(lái)，四川盆地陸續(xù)在川西雙魚石地區(qū)和川中震旦系臺(tái)內(nèi)灘等新領(lǐng)域獲得重大發(fā)現(xiàn)，盆地的碳酸鹽巖氣藏開發(fā)也開始向超深層的復(fù)雜構(gòu)造帶氣藏轉(zhuǎn)移。川西雙魚石棲霞組氣藏埋深超過(guò)7 000 m。近年來(lái)已證實(shí)含氣面積大、單井試采效果好，但雙魚石棲霞組氣藏屬于龍門山山前推覆構(gòu)造帶下盤，褶皺強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，加之埋藏深，地震成像難度大，造成構(gòu)造精細(xì)描述的難度極大；該氣藏單井儲(chǔ)層累計(jì)厚度僅20 m左右，儲(chǔ)層單層厚度介于1～10 m，且孔隙度低，對(duì)低孔、薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)難度大。實(shí)現(xiàn)對(duì)這一類氣藏的高效開發(fā)是下一步技術(shù)攻關(guān)的方向。

3.1 超深層碳酸鹽巖氣藏構(gòu)造精細(xì)描述和薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

隨著氣藏勘探開發(fā)難度逐漸加大，縱向上已逐漸由深層向超深層延伸，而超深層海相碳酸鹽巖氣藏普遍具有構(gòu)造更復(fù)雜、斷裂系統(tǒng)更加發(fā)育、儲(chǔ)層非均質(zhì)性更強(qiáng)、儲(chǔ)層單層厚度更?。◣酌字潦畮酌祝┑奶卣?。針對(duì)超深層碳酸鹽巖氣藏構(gòu)造描述和薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)困難的問(wèn)題，下一步需要將地質(zhì)與地震更加緊密地結(jié)合起來(lái)，聯(lián)合攻關(guān)，探索形成一套針對(duì)超深復(fù)雜構(gòu)造描述和薄儲(chǔ)層的識(shí)別方法。地質(zhì)上開展構(gòu)造樣式研究，精細(xì)描述沉積演化與儲(chǔ)層成因特征，建立復(fù)雜構(gòu)造樣式和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育模式；地震上開展疊前保幅保真寬頻處理，形成復(fù)雜構(gòu)造精細(xì)描述技術(shù)，提高超深復(fù)雜構(gòu)造描述精度，并通過(guò)儲(chǔ)層巖石物理分析，建立薄儲(chǔ)層巖石物理識(shí)別圖版，結(jié)合地震屬性分析，優(yōu)選疊前、疊后儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布，以鉆井、測(cè)井資料為基礎(chǔ)開展多方法試驗(yàn)，進(jìn)行疊前、疊后縫洞預(yù)測(cè)，精細(xì)刻畫優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層平面展布特征，明確薄儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征，建立薄儲(chǔ)層地震響應(yīng)模式，為開發(fā)井位部署及產(chǎn)能接替區(qū)塊優(yōu)選提供支撐。

3.2 超深層碳酸鹽巖氣藏多重介質(zhì)跨尺度滲流數(shù)值模擬技術(shù)

四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間類型多樣，孔、洞、縫發(fā)育，彼此間搭配模式復(fù)雜多樣，在空間上呈現(xiàn)跨尺度非均勻分布，造成流體按孔、洞、縫的分布模式及搭配關(guān)系隨機(jī)分布，流體滲流場(chǎng)變得復(fù)雜?，F(xiàn)有的三維數(shù)字巖心分析及微觀流動(dòng)模擬技術(shù)，可有效揭示流體在巖心尺度微裂縫內(nèi)的滲流規(guī)律，然而由于研究尺度的局限性，使其難以在工程應(yīng)用中得以推廣。另一方面，連續(xù)介質(zhì)裂縫滲流模型求解，是宏觀動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的有效手段，但存在簡(jiǎn)化過(guò)大、求解精度低等問(wèn)題，無(wú)法真實(shí)反映裂縫的復(fù)雜空間分布、幾何特征及滲流規(guī)律。因此，需要對(duì)離散裂縫滲流模型進(jìn)行探索，開展多重介質(zhì)跨尺度滲流數(shù)值模擬研究，促進(jìn)微觀研究成果與宏觀動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的有效結(jié)合，為超深層碳酸鹽巖氣藏開發(fā)有利區(qū)評(píng)價(jià)及開發(fā)技術(shù)對(duì)策優(yōu)化提供重要依據(jù)。攻關(guān)研究方向主要涉及：結(jié)合跨尺度儲(chǔ)層精細(xì)描述成果構(gòu)建離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型；基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)及流—固耦合有限元方法進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的求解；形成多重介質(zhì)跨尺度滲流數(shù)值模擬技術(shù)；量化復(fù)雜裂縫搭配模式下滲流規(guī)律變化對(duì)氣井產(chǎn)能的影響。

3.3 超深層碳酸鹽巖氣藏鉆完井及采氣工程技術(shù)

超深層（大于7 000 m）鉆完井面臨安全風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、排水采氣工藝難度大的問(wèn)題，應(yīng)以加快鉆完井速度、提高單井產(chǎn)量為目標(biāo)，開展超深、含硫水平井鉆完井配套技術(shù)和工具攻關(guān)、超深井排水采氣工藝及工具的試驗(yàn)和研發(fā)，為氣藏效益開發(fā)提供工程技術(shù)保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然氣是優(yōu)質(zhì)高效、綠色清潔的低碳能源。加快天然氣開發(fā)利用，促進(jìn)協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展，是我國(guó)推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的重要路徑?？v觀國(guó)內(nèi)外常規(guī)天然氣開發(fā)歷史，碳酸鹽巖氣田的規(guī)模有效開發(fā)始終是天然氣供給保障的壓艙石。歷經(jīng)60余年的探索，西南油氣田已形成深層碳酸鹽巖氣田高效開發(fā)的4大專項(xiàng)技術(shù)，建成了百億立方米特大型氣田，實(shí)現(xiàn)了天然氣產(chǎn)量跨越式增長(zhǎng)。隨著天然氣供需矛盾日益凸顯，其對(duì)外依存度持續(xù)攀高，加快超深層碳酸鹽巖氣田的勘探突破和開發(fā)利用已刻不容緩，需要對(duì)山前超深層碳酸鹽巖薄儲(chǔ)層復(fù)雜構(gòu)造帶地震解釋技術(shù)、小型生物礁儲(chǔ)層精細(xì)描述技術(shù)、跨尺度數(shù)值模擬技術(shù)、超深層水平井鉆井及增產(chǎn)技術(shù)開展持續(xù)攻關(guān)，進(jìn)一步推進(jìn)科技創(chuàng)新，為國(guó)家能源安全和天然氣穩(wěn)定供應(yīng)提供更有力的保障。