中國深層天然氣開發(fā)現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢

江同文 孫雄偉

1. 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司；2. 中國石油塔里木油田分公司

向深地進(jìn)軍開發(fā)深層油氣是國家重要的戰(zhàn)略方向，也是加大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。由于具有相對較高的熱演化程度，深層油氣資源以天然氣為主。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國在深層天然氣領(lǐng)域取得了一系列重大突破，發(fā)現(xiàn)并成功開發(fā)了普光、克深、元壩、安岳等多個深層大氣田［1-6］。但復(fù)雜的地質(zhì)條件與不斷增大的開發(fā)難度使深層天然氣高效開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。因此有必要梳理中國深層天然氣的地質(zhì)特征與開發(fā)難點(diǎn)，探索深層天然氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展方向，總結(jié)深層天然氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和策略，為深層天然氣高效開發(fā)提供借鑒。

1 深層天然氣資源概況與開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 深層天然氣資源概況

目前，對于深層的定義國際上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，相對認(rèn)可的深層標(biāo)準(zhǔn)是埋深大于等于4 500 m(15 000 ft)［7-9］，本文也采納這一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)中國石油第四次油氣資源評價成果，中國深層天然氣資源總量巨大，達(dá)20.31×1012m3，占天然氣總資源量的55%［10］。近些年來，隨著理論發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，深層發(fā)現(xiàn)的天然氣儲量所占比例越來越高。2008—2017年,國內(nèi)新增天然氣探明地質(zhì)儲量中，深層儲量占34.8%；深層儲量所占比例由2008年的13%上升到2017年的38%［11］。截至2018年年底，國內(nèi)投入開發(fā)的深層氣田累計(jì)探明地質(zhì)儲量達(dá)3.32×1012m3，2018 年深層天然氣產(chǎn)量達(dá)到 428×108m3，占全國天然氣總產(chǎn)量的30.2%［12］。

中國深層天然氣資源主要集中在四川、塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木、鄂爾多斯、松遼及渤海灣等七大含油氣盆地［10］(圖1)。其中尤以四川盆地和塔里木盆地深層天然氣資源最為富集，是當(dāng)前深層天然氣開發(fā)的主力區(qū)域。松遼盆地深層火山巖、渤海灣盆地深層潛山、準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶、柴達(dá)木盆地阿爾金山前等深層領(lǐng)域近年來也都取得了突破性進(jìn)展［13-24］，是深層天然氣開發(fā)的重要增長點(diǎn)。

圖1 中國主要含油氣盆地深層天然氣資源量柱狀圖［10］Fig. 1 Histogram of deep natural gas resources in major petroliferous basins of China［10］

1.2 四川盆地深層天然氣開發(fā)現(xiàn)狀

四川盆地經(jīng)歷多旋回構(gòu)造運(yùn)動，發(fā)育兩期克拉通內(nèi)大型裂陷和5個大型不整合面［17］，形成震旦系—三疊系多套生儲組合，是中國深層天然氣資源最豐富的盆地。2000年以來，四川盆地相繼發(fā)現(xiàn)普光、龍崗、元壩、安岳、川西等大型深層氣田，探明地質(zhì)儲量超過20 000×108m3，深層天然氣年產(chǎn)能規(guī)模超過300×108m3。目前四川盆地仍處于深層天然氣發(fā)現(xiàn)的高峰期和儲量快速增長期［17］。

四川盆地已發(fā)現(xiàn)的深層氣田主要位于川中震旦系—寒武系、川東北二疊系—三疊系、川西北二疊系—三疊系，儲層以海相碳酸鹽巖臺緣灘、生物礁為主(表1)。其中，安岳氣田是國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)最大的整裝碳酸鹽巖氣藏，目前已累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲量10 570×108m3，年產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到 150×108m3。普光氣田是國內(nèi)規(guī)模最大、豐度最高的海相高含硫氣田，已探明天然氣地質(zhì)儲量4 121×108m3，年產(chǎn)能規(guī)模110×108m3。元壩氣田是世界上罕見的超深高含硫生物礁氣田，氣藏平均埋深約6 700 m，已探明天然氣地質(zhì)儲量 2 195×108m3，年產(chǎn)能規(guī)模 40×108m3。

除海相碳酸鹽巖外，川西坳陷廣泛分布的三疊系須家河組致密砂巖氣藏三級儲量接近10 000×108m3［25］，由于埋藏深、儲層致密、氣水關(guān)系復(fù)雜，在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下難以實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)，但其仍將是未來四川盆地深層天然氣開發(fā)的重要接替領(lǐng)域。此外，川西地區(qū)深層二疊系火山巖勘探近期取得重大突破，有望成為四川盆地深層天然氣“增儲提產(chǎn)”的新領(lǐng)域［26］。

表1 中國主要深層氣田地質(zhì)與氣藏特征參數(shù)Table 1 Geology and reservoir characteristic parameters of major deep gas fields in China

1.3 塔里木盆地深層天然氣開發(fā)現(xiàn)狀

塔里木盆地是由古生代克拉通盆地與中新生代前陸盆地組成的大型疊合盆地，寒武系—中生界發(fā)育多套烴源巖和多套油氣成藏組合。塔里木盆地油氣主要賦存在深層，大部分油氣田產(chǎn)層埋深普遍大于6 000 m，深層天然氣探明地質(zhì)儲量超過10 000×108m3，年產(chǎn)能規(guī)模接近 200×108m3。

塔里木盆地深層天然氣資源主要分布在庫車凹陷白堊系—古近系碎屑巖和臺盆區(qū)寒武系—奧陶系碳酸鹽巖(表1)。庫車前陸沖斷帶近年來勘探持續(xù)突破，開發(fā)快速建產(chǎn)，儲量、產(chǎn)量增長迅速，形成了迪那2、克深、大北等深層大氣田。其中，迪那2氣田是我國最大的深層高壓凝析氣田，探明天然氣地質(zhì)儲量1 659×108m3，年產(chǎn)能規(guī)模 45×108m3。克深氣田是目前國內(nèi)最大的超深超高壓氣田，累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲量 6 320×108m3，年產(chǎn)能規(guī)模 105×108m3。大北氣田是當(dāng)前塔里木盆地深層天然氣增儲上產(chǎn)主要區(qū)塊，已建成天然氣年產(chǎn)能規(guī)模35×108m3。塔中隆起的塔中Ⅰ號氣田是國內(nèi)罕見的碳酸鹽巖凝析氣田，儲層、流體復(fù)雜，目前建成年產(chǎn)能規(guī)模13×108m3。

除此之外，庫車凹陷秋里塔格構(gòu)造帶和臺盆區(qū)寒武系鹽下天然氣勘探均已取得重大突破［27-28］，這2個領(lǐng)域天然氣資源潛力巨大，有望成為塔里木盆地深層天然氣開發(fā)的主要接替領(lǐng)域。

2 深層天然氣開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

雖然中國深層天然氣開發(fā)已經(jīng)取得了一些重要成果，但由于深層氣藏埋藏深、地震成像精度差、儲集層類型多樣、氣水關(guān)系復(fù)雜、高溫高壓高應(yīng)力等原因，深層天然氣在開發(fā)過程中仍面臨著高效井位部署、合理開發(fā)技術(shù)政策制定、安全快速鉆完井、有效改造提產(chǎn)、安全清潔生產(chǎn)等一系列影響開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵問題。

2.1 氣藏精細(xì)描述困難，高效井部署難度大

深層氣藏由于地震波傳播距離長，信號能量損耗大、高頻成分衰減快，地震資料通常反射波能量弱、信噪比低。加之多數(shù)盆地(如塔里木、鄂爾多斯、四川、渤海灣、松遼等)具有多構(gòu)造層疊合的特征，中、深層構(gòu)造起伏較大，部分地區(qū)發(fā)育高陡地層，地層速度縱橫向變化大，導(dǎo)致深層地震波場和傳播路徑復(fù)雜，地震資料偏移成像誤差大、成像精度低，難以準(zhǔn)確落實(shí)構(gòu)造。由于構(gòu)造落實(shí)不準(zhǔn)，早期塔里木盆地克深氣田的開發(fā)井成功率僅有50%［6］。

深層氣藏儲層基質(zhì)物性通常較差(表1)，裂縫、有利相帶、溶洞等控制了“甜點(diǎn)”分布，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)。雖然經(jīng)過持續(xù)研究，對深層有利儲層的發(fā)育規(guī)律有了較深入的認(rèn)識［5-6,29-30］，但由于深層地震資料主頻低、頻帶窄、分辨率低，儲層與非儲層的反射特征差異小，儲層識別與預(yù)測困難，高效井部署仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

2.2 儲層類型多樣，氣藏滲流規(guī)律復(fù)雜

深層儲層基質(zhì)一般比較致密，但裂縫、溶洞等發(fā)育，形成復(fù)雜的儲集和滲流系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。深層氣藏儲層的強(qiáng)非均質(zhì)性造成了復(fù)雜的氣水分布，在新場、克深、大北等氣田的致密砂巖儲層中常形成較厚的氣水過渡帶［31］；在元壩氣田形成“一礁一藏”的特征，不同礁體具有相對獨(dú)立的氣水系統(tǒng)［32］；在安岳氣田形成局部封存水和廣泛的氣水過渡區(qū)［33］。復(fù)雜的儲層和流體分布給地質(zhì)建模帶來了很大的困難。

裂縫-孔隙型、裂縫-孔洞型、洞穴型等復(fù)雜的儲層類型使得深層氣藏的氣水滲流規(guī)律十分復(fù)雜，常規(guī)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)很難模擬這種復(fù)雜儲層的滲流狀態(tài)，地質(zhì)模型和數(shù)值模擬也難以準(zhǔn)確反映復(fù)雜的氣水分布和運(yùn)動規(guī)律。因此，開發(fā)技術(shù)政策的制定和優(yōu)化通常依賴于定性的分析，而缺乏定量的依據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)精確的“對癥下藥”。

2.3 高溫、高壓、高地應(yīng)力，鉆完井和增產(chǎn)工程難度大

深層氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，高溫高壓、多壓力體系、地層堅(jiān)硬及可鉆性差、富含酸性流體等問題共存，鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)大、周期長，安全優(yōu)質(zhì)高效鉆井極具挑戰(zhàn)性。例如大慶徐家圍子地區(qū)古龍1井井底溫度高達(dá)253 ℃，塔里木盆地順托1井鉆遇地層壓力達(dá)170.0 MPa，高溫高壓使鉆井儀器及工具、鉆井液及材料等面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。深層氣藏埋深大，地層壓力體系多，鉆井液安全密度窗口窄，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全鉆井難度大；地層堅(jiān)硬，可鉆性差，破巖效率低，鉆井周期長。另外，目前深層氣藏開發(fā)大量采用特殊工藝井(如水平井、大位移井)，對儀器工具的性能提出了更高的要求，井壁穩(wěn)定性問題也更加突出。

對深層氣藏來說，提高單井產(chǎn)量是提高效益的關(guān)鍵，有效的增產(chǎn)改造則是提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵。深層氣藏普遍存在高溫高壓高地應(yīng)力、基質(zhì)致密、儲集空間復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，儲層壓裂改造面臨著施工壓力高、層間層內(nèi)轉(zhuǎn)向困難、壓裂液耐溫性和酸液緩蝕性要求高、井下工具耐溫耐壓要求高、裂縫濾失嚴(yán)重造成砂堵等諸多挑戰(zhàn)，工程難度大。

2.4 酸性介質(zhì)的分壓高，深井、超深井路程長、路徑復(fù)雜

深層碳酸鹽巖氣藏通常富含硫化氫、二氧化碳等高酸性流體，如四川元壩地區(qū)儲層硫化氫含量為3.71%～6.87%、二氧化碳含量為3.33%～15.51%［2］。高酸性流體對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，對材質(zhì)等級要求高，對環(huán)境與安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時評價與控制技術(shù)要求高，安全、清潔開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)大。

另外，部分深層氣田流體性質(zhì)復(fù)雜，富含硫化氫、蠟等，容易發(fā)生硫沉積和蠟沉積，造成井筒堵塞。如塔里木盆地博孜區(qū)塊凝析氣平均含蠟量高達(dá)16%，多口井在試采過程中發(fā)生出砂、結(jié)蠟，井筒堵塞嚴(yán)重，無法正常生產(chǎn)，安全、效益開發(fā)難度較大。

3 深層天然氣開發(fā)技術(shù)及發(fā)展趨勢

面對深層天然氣高效開發(fā)的挑戰(zhàn)，各公司聚焦關(guān)鍵問題攻關(guān)，在實(shí)踐中逐漸形成了一系列深層天然氣開發(fā)技術(shù)，有效支撐了深層天然氣產(chǎn)量跨越式增長。隨著深層天然氣開發(fā)對象向更深、更復(fù)雜氣藏發(fā)展，開發(fā)任務(wù)由高效建產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)向長期穩(wěn)產(chǎn)，深層天然氣開發(fā)技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。

3.1 深層地震成像和儲層預(yù)測技術(shù)

深層天然氣開發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)和高成本決定了深層地震預(yù)測作用的重要性。深層天然氣開發(fā)對象大體可分為深層復(fù)雜構(gòu)造與深層復(fù)雜儲層2大類［34］。深層復(fù)雜構(gòu)造主要聚焦于構(gòu)造成像，長期攻關(guān)形成了以高覆蓋高密度寬方位觀測、單點(diǎn)檢波器接收、高精度表層結(jié)構(gòu)調(diào)查為核心的采集技術(shù)，以微測井約束層析靜校正、相干噪聲壓制、高精度重磁電聯(lián)合速度建場、起伏地表疊前深度偏移為核心的處理技術(shù)，以鹽構(gòu)造理論和斷層相關(guān)褶皺等為核心的構(gòu)造解釋技術(shù)［35-36］，為塔里木盆地克深、大北等氣田的高效開發(fā)發(fā)揮了重大作用，使開發(fā)井成功率由50%提高到100%，產(chǎn)能到位率由64%提高到100%［6］。深層復(fù)雜儲層核心是儲層預(yù)測，通過加大高密度、多波等采集技術(shù)、疊前深度域處理和碳酸鹽巖儲層定量預(yù)測技術(shù)攻關(guān)，形成了以全方位高密度地震采集技術(shù)、井控Q補(bǔ)償處理技術(shù)、疊前保幅深度偏移技術(shù)、碳酸鹽巖儲層地震特征識別技術(shù)、分方位角資料檢測裂縫技術(shù)、縫洞體系空間雕刻技術(shù)、疊前多參數(shù)含油氣預(yù)測技術(shù)等為代表的儲層定量雕刻技術(shù)，大幅度提高了縫洞儲層刻畫精度［37-38］，有力支撐了四川盆地深層海相碳酸鹽巖氣田的高效開發(fā),使安岳氣田30口開發(fā)井全部高產(chǎn)，平均測試產(chǎn)量達(dá)到 150×104m3/d［29］。

隨著深層天然氣開發(fā)對象的日益復(fù)雜、開發(fā)要求的日益精細(xì)，對開發(fā)地震的要求也越來越高。深層復(fù)雜構(gòu)造成像和深層復(fù)雜儲層預(yù)測的核心是高精度的地震資料，因此深層地震采集技術(shù)朝著大噸位可控震源、單點(diǎn)接收、寬頻激發(fā)接收、超高密度、全方位方向發(fā)展，目標(biāo)是低成本地獲得高精度地震資料。處理解釋技術(shù)方面，深層復(fù)雜構(gòu)造主要發(fā)展方向是起伏地表建模、各向異性速度建模、全波形速度反演、逆時偏移等，以準(zhǔn)確構(gòu)造成像為目標(biāo)；深層復(fù)雜儲層主要發(fā)展方向是保真保幅處理、全波形反演、逆時偏移、分方位角疊前偏移、彈性波巖性成像、縫洞儲集層量化描述等，以精準(zhǔn)儲層預(yù)測為目標(biāo)。大數(shù)據(jù)分析、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等自動化智能技術(shù)的應(yīng)用將帶來革命性的變化。

3.2 深層復(fù)雜氣藏開發(fā)優(yōu)化技術(shù)

開發(fā)優(yōu)化是氣藏開發(fā)階段最核心的工作。經(jīng)過十多年的攻關(guān)研究，初步形成了深層復(fù)雜氣藏開發(fā)優(yōu)化技術(shù)，包括裂縫性氣藏產(chǎn)能評價預(yù)測技術(shù)、高壓有水氣藏動儲量評價技術(shù)、多重介質(zhì)儲層試井評價技術(shù)、模擬地層條件復(fù)雜儲層滲流實(shí)驗(yàn)技術(shù)、全直徑三維數(shù)字巖心分析及微觀流動模擬分析技術(shù)、裂縫性水侵優(yōu)勢通道識別與預(yù)測技術(shù)、多尺度非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格離散裂縫建模技術(shù)、巨量網(wǎng)格精細(xì)數(shù)值模擬技術(shù)等，有效指導(dǎo)了深層氣藏的生產(chǎn)管理和開發(fā)調(diào)整［3-6,39-42］。如四川盆地安岳氣田，通過儲層和氣水分布精細(xì)描述，建立包含多尺度縫洞的精細(xì)地質(zhì)模型，采用“無粗化”巨量網(wǎng)格精細(xì)數(shù)值模擬技術(shù)，較準(zhǔn)確地表征了主要水侵方向上的水侵動態(tài)特征，有效指導(dǎo)了氣藏防水治水對策的制訂［29,33］。

但是，由于深層氣藏發(fā)育孔、洞、縫等多重介質(zhì)，儲層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室的滲流實(shí)驗(yàn)難以準(zhǔn)確表征宏觀上的滲流規(guī)律，加上儲層預(yù)測困難，難以建立準(zhǔn)確的地質(zhì)模型，多重介質(zhì)之間的滲流也很難準(zhǔn)確模擬，因此目前深層復(fù)雜氣藏開發(fā)對策優(yōu)化仍只能基于定性或半定量的模擬預(yù)測結(jié)果，難以做到真正的定量化。下步發(fā)展方向是開展模擬地層條件下巖石物理參數(shù)測定、真三軸應(yīng)力下裂縫應(yīng)力敏感性測試、復(fù)雜儲層三維可視化滲流實(shí)驗(yàn)等，攻關(guān)多重介質(zhì)儲層試井模型、多尺度裂縫預(yù)測技術(shù)、多重介質(zhì)建模數(shù)模一體化技術(shù)、多重介質(zhì)跨尺度滲流數(shù)值模擬技術(shù)、熱-流-固耦合數(shù)值模擬技術(shù)等，探索大數(shù)據(jù)分析、人工智能在生產(chǎn)動態(tài)預(yù)警、生產(chǎn)制度管控等方面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)深層復(fù)雜氣藏開發(fā)對策的定量優(yōu)化和自動優(yōu)化。

3.3 深層高溫高壓氣井鉆完井技術(shù)

四川、塔里木等盆地深層天然氣勘探開發(fā)的快速發(fā)展推動了深層高溫高壓氣井鉆完井配套技術(shù)的不斷成熟，經(jīng)過持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，形成了集井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高效鉆頭、優(yōu)質(zhì)鉆完井液、精細(xì)控壓鉆井、特殊取心等為一體的技術(shù)系列。通過非標(biāo)準(zhǔn)井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，配合精細(xì)控壓、承壓堵漏等技術(shù)的應(yīng)用，奠定了深井安全、優(yōu)快鉆進(jìn)的基礎(chǔ)；全面優(yōu)選推廣使用高效、個性化PDC鉆頭，有效提高了深部難鉆地層的平均機(jī)械鉆速；研發(fā)應(yīng)用抗200 ℃高溫、抗復(fù)合鹽水等鉆井液及主動承壓堵漏技術(shù)，有效減少了高溫、高壓鹽水、井漏等復(fù)雜地層鉆進(jìn)的井下復(fù)雜情況；精細(xì)控壓鉆井及精細(xì)控壓固井技術(shù)應(yīng)用于窄密度窗口、多壓力系統(tǒng)、壓力敏感性地層，大幅度降低了鉆完井液漏失量和復(fù)雜處理時間，有效提高了固井質(zhì)量合格率；集成應(yīng)用氣體鉆井等提速技術(shù)和工具，使深井鉆井周期和成本大幅度縮減［43-45］。塔里木盆地克深氣田事故復(fù)雜時效由2010年29.68%降至2015年6.39%(圖2)，平均單井鉆井時間縮短76 d。

圖2 塔里木盆地克深氣田2010—2015年鉆井復(fù)雜事故時效統(tǒng)計(jì)Fig. 2 Effectiveness statistics of complex drilling accidents in Keshen gas field, Tarim Basin, 2010—2015

為了進(jìn)一步提升深層氣藏開發(fā)的效益，未來深層大斜度井、水平井將成為一種趨勢，需要完善地質(zhì)工程一體化的井身結(jié)構(gòu)和井眼軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)，攻關(guān)超深井(垂深≥6 000 m)井眼軌跡優(yōu)化與高效控制技術(shù)、超深大斜度井水平井鉆井提速技術(shù)、超深大斜度井水平井復(fù)雜事故預(yù)防技術(shù)和高強(qiáng)度鉆具、油套管，解決超深大斜度井水平井鉆完井技術(shù)難題。同時，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高效破巖裝備及配套工具，進(jìn)一步完善深井“一趟鉆”技術(shù)，降低鉆井成本，提高深層大斜度井水平井作業(yè)效率及效益。

3.4 深層復(fù)雜儲層精準(zhǔn)改造技術(shù)

深層氣藏儲層基質(zhì)一般較為致密，自然產(chǎn)能較低，需要經(jīng)過儲層改造才能獲得工業(yè)產(chǎn)能。經(jīng)過多年的發(fā)展，針對深層碎屑巖儲層及碳酸鹽巖儲層，已經(jīng)形成了各具特色的儲層改造主體技術(shù)。對于深層碎屑巖儲層，通過研發(fā)耐高溫加重壓裂液體系，配置大通徑管柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)選小粒徑高強(qiáng)度支撐劑，配套高壓壓裂裝備和井口，形成了超深高壓裂縫性砂巖儲層改造技術(shù)，可根據(jù)儲層不同裂縫發(fā)育特征，分別采用體積酸壓、縫網(wǎng)壓裂和大規(guī)模加砂壓裂等不同壓裂改造策略［46-47］。該技術(shù)在塔里木盆地克深、大北氣田應(yīng)用100余井次，效果顯著。單井改造前測試平均油壓 49 MPa，日產(chǎn)氣 15×104m3/d，改造后平均測試油壓達(dá)到76 MPa，日產(chǎn)氣量達(dá)到60×104m3/d［47］。對于深層碳酸鹽巖，研發(fā)形成了耐高溫清潔轉(zhuǎn)向酸、高溫膠凝酸、溫控變黏酸、地面交聯(lián)酸、乳化酸、加重酸等酸化酸壓改造材料體系，研制了纖維轉(zhuǎn)向劑和可溶性暫堵球，以儲層特征為基礎(chǔ)，分別針對裂縫-溶洞型、孔隙-溶洞型和孔隙型儲層配套形成了緩速酸酸壓、前置液酸壓和復(fù)雜網(wǎng)縫酸壓3套改造工藝技術(shù)［48-49］。該技術(shù)在四川盆地安岳氣田燈影組現(xiàn)場實(shí)施31口井，平均單井日產(chǎn)氣68×104m3/d，與前期的探井相比，平均單井增加日產(chǎn)氣量 23×104m3/d［49］。

結(jié)合未來深層大斜度井、水平井的發(fā)展趨勢，深層復(fù)雜儲層改造技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有2個方面：一是超深長井段儲層安全高效分層分段改造技術(shù)，需要開展清潔高效暫堵材料和改造工作液體系研究，形成適應(yīng)超深長井段儲層的暫堵分層分段改造工藝；二是酸壓裂縫前部有效酸蝕和大幅度提高Ⅱ類、Ⅲ類儲層改造體積技術(shù)，需研發(fā)耐高溫低摩阻工作液體系，結(jié)合機(jī)械分層分段、暫堵分層分段、縫內(nèi)轉(zhuǎn)向、全裂縫有效酸蝕、復(fù)合酸壓、高強(qiáng)度加砂等工藝技術(shù)，形成深層Ⅱ類、Ⅲ類儲層提高改造體積技術(shù)。

3.5 深層特殊流體采氣技術(shù)

深層氣藏由于地層溫度、壓力高，流體性質(zhì)復(fù)雜，在投產(chǎn)后常常會出現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測困難、井筒堵塞嚴(yán)重等問題，在氣藏見水后還需要進(jìn)行堵水或排水采氣，對采氣工藝技術(shù)提出了極大挑戰(zhàn)。經(jīng)過多年攻關(guān)研究，在各氣田開發(fā)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，逐漸形成了一套適應(yīng)深層特殊流體的采氣技術(shù)，包括了動態(tài)監(jiān)測、井筒解堵和排水采氣3個方面。在動態(tài)監(jiān)測方面，針對高溫、高壓、高酸性的特征，研發(fā)了抗高溫、抗高壓、抗腐蝕的測試工具，形成一套超深層高壓氣井動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在測試深度超過8 000 m氣井中安全可控、低成本、高品質(zhì)地錄取井下溫壓、產(chǎn)出剖面資料［50-51］。在井筒解堵方面，針對蠟沉積，形成了機(jī)械清蠟、環(huán)空熱洗清蠟、化學(xué)注入防蠟、連續(xù)管纜電加熱防蠟等技術(shù)；針對硫沉積，形成了溶硫劑溶解法和連續(xù)油管機(jī)械沖刷法；針對水合物堵塞，形成了熱洗井筒解堵、連續(xù)油管配合熱洗井筒解堵、固體自生熱解堵劑等方法；針對各種復(fù)合堵塞，研發(fā)了3套分別針對井筒砂堵、垢堵、砂垢復(fù)合堵塞的解堵酸液體系，形成了超深高壓氣井連續(xù)油管解堵工藝［52-54］。在排水采氣方面，研發(fā)了適用于深層產(chǎn)水氣井的納米粒子泡排劑［55］，形成了電潛泵、泡沫排水、速度管柱、柱塞氣舉、連續(xù)油管氣舉等排水采氣技術(shù)。

未來，深層氣藏采氣工藝技術(shù)在動態(tài)監(jiān)測方向上將側(cè)重研發(fā)適用于致密儲層的產(chǎn)液剖面、含氣飽和度、氣水界面等監(jiān)測技術(shù)及出砂、含水在線監(jiān)測技術(shù)，并盡可能實(shí)現(xiàn)永久化、集成化和聯(lián)網(wǎng)化；在井筒解堵方向上需根據(jù)各氣田特征，因地制宜研發(fā)預(yù)防井筒堵塞的各項(xiàng)工藝技術(shù)；在排水采氣方向上，需建立深層氣井積液診斷評價方法，研發(fā)抗高溫、高鹽、耐酸性氣體與凝析油的泡排劑，提升現(xiàn)有排水采氣技術(shù)能力，發(fā)展多種工藝組合的排水采氣技術(shù)和撬裝式、移動式排水采氣技術(shù)。

4 深層天然氣開發(fā)策略

深層復(fù)雜氣藏的科學(xué)開發(fā)需要以實(shí)踐論和矛盾論為指導(dǎo)，通過前期開發(fā)實(shí)踐，總結(jié)對氣藏的客觀認(rèn)識和開發(fā)規(guī)律，再用以指導(dǎo)后期的開發(fā)實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)氣藏開發(fā)水平的螺旋式上升。在實(shí)踐和認(rèn)識的每一個階段，都要注意抓住氣藏開發(fā)的主要矛盾和矛盾的主要方面，不同氣藏由于地質(zhì)特征、工藝技術(shù)和開發(fā)階段不同，主要矛盾和矛盾的主要方面也不盡相同，需要進(jìn)行認(rèn)真分析。

4.1 堅(jiān)持高精度地震先行

深層氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，開發(fā)投入高，不確定性和風(fēng)險(xiǎn)大，因此必須堅(jiān)持高精度地震先行，以可靠的三維地震資料為依托，在較準(zhǔn)確落實(shí)構(gòu)造形態(tài)和儲層展布的基礎(chǔ)上部署開發(fā)井，減少或避免鉆井失誤。

堅(jiān)持地震先行，不僅要求在部署開發(fā)井之前要有三維地震資料作為依托，還要求地震資料能較準(zhǔn)確地反映氣藏的地質(zhì)特征。尤其是庫車、川西北等前陸沖斷帶，由于地層高陡、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地震資料往往存在較大的偏移誤差，需要結(jié)合鉆井資料，反復(fù)進(jìn)行疊前深度偏移處理，必要的時候還要進(jìn)行二次三維地震采集處理，以準(zhǔn)確落實(shí)構(gòu)造形態(tài)。例如，塔里木盆地克深2氣藏在開發(fā)初期，雖然有三維地震資料，但沒有認(rèn)識到地震資料存在偏移誤差，早期部署的開發(fā)井成功率僅有50%［6］；克深24氣藏第一口預(yù)探井構(gòu)造誤差達(dá)到400 m，為準(zhǔn)確落實(shí)該氣藏構(gòu)造形態(tài)，部署了開發(fā)二次三維采集處理，之后部署的10口開發(fā)井均獲得高產(chǎn)，平均單井產(chǎn)量達(dá)到45×104m3/d，實(shí)現(xiàn)了高效開發(fā)。

4.2 堅(jiān)持先導(dǎo)試驗(yàn)和試采

近些年來，勘探開發(fā)一體化模式逐漸興起并被廣泛應(yīng)用，成為提高油氣勘探開發(fā)效率、追求投資回報(bào)最大化的有效手段。但對于深層復(fù)雜氣藏來說，掌握地質(zhì)特征和開發(fā)規(guī)律需要較長的認(rèn)識周期，單純強(qiáng)調(diào)通過勘探開發(fā)一體化方式加快開發(fā)進(jìn)程，可能會面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)。試采是開發(fā)前期評價階段獲取動態(tài)資料、準(zhǔn)確認(rèn)識氣藏開發(fā)特征、確定開發(fā)規(guī)模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；先導(dǎo)試驗(yàn)是評價開發(fā)主體工藝技術(shù)、論證開發(fā)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性、指導(dǎo)開發(fā)方案設(shè)計(jì)和大面積開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。兩者結(jié)合可以較準(zhǔn)確地認(rèn)識氣藏的基本特征，明確合適的開發(fā)技術(shù)對策，減少開發(fā)不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。因此，深層復(fù)雜氣藏開發(fā)在前期評價階段必須堅(jiān)持先導(dǎo)試驗(yàn)和試采，而不能單純強(qiáng)調(diào)通過勘探開發(fā)一體化方式加快開發(fā)進(jìn)程。以塔里木盆地克深氣田為例，早期開發(fā)的克深2區(qū)塊，由于構(gòu)造、儲層認(rèn)識不足，實(shí)際開發(fā)指標(biāo)與方案設(shè)計(jì)指標(biāo)偏差較大［6］。針對這種情況，堅(jiān)持試采先行，通過較長時間、較大規(guī)模的試采和動態(tài)資料錄取分析，動靜態(tài)結(jié)合落實(shí)構(gòu)造的連通關(guān)系、氣藏的可動用儲量、氣井的穩(wěn)產(chǎn)能力、水體的活躍程度等，不斷深化氣藏地質(zhì)認(rèn)識，后期開發(fā)的克深8、克深9等區(qū)塊，實(shí)際開發(fā)指標(biāo)與方案設(shè)計(jì)指標(biāo)吻合程度高，開發(fā)效果顯著［56］。

4.3 根據(jù)地質(zhì)特征確定技術(shù)政策

合理的開發(fā)技術(shù)政策能在經(jīng)濟(jì)的條件下實(shí)現(xiàn)氣藏的高效開發(fā)，取得經(jīng)濟(jì)效益最大化和資源利用最大化；不合理的開發(fā)技術(shù)政策也許在短期效果顯著，但長期來看會造成資金、資源的大量浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)和社會效益低下。合理與否，取決于技術(shù)政策是否基于地質(zhì)特征制定、是否適應(yīng)地質(zhì)特征，也即是否堅(jiān)持實(shí)事求是，一切從氣藏實(shí)際出發(fā)。

深層氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，即使是同一區(qū)帶相鄰的兩個氣藏，地質(zhì)特征也可能差別很大，因此在開發(fā)實(shí)際中要認(rèn)真總結(jié)分析氣藏地質(zhì)特征的異同點(diǎn)，根據(jù)地質(zhì)特征確定技術(shù)政策。塔里木盆地克深氣田儲層基質(zhì)致密，與國外的典型致密砂巖氣藏具有一定的相似性，開發(fā)早期認(rèn)為可以借鑒國外致密氣開發(fā)思路，以水平井+大規(guī)模加砂壓裂改造為主要開發(fā)方式，大幅提高單井產(chǎn)能，改善開發(fā)效果。但實(shí)踐表明，克深氣田地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水平井鉆探難度極大，試驗(yàn)以失敗告終；大規(guī)模加砂壓裂改造在初期大幅提高了單井產(chǎn)能，但改造的有效期較短，且?guī)砹藝?yán)重的井筒堵塞，工藝適用性較差。通過深入研究，發(fā)現(xiàn)克深氣田具有斷層裂縫發(fā)育、氣藏整體連通性好、邊底水活躍、天然裂縫控制產(chǎn)能的特征，據(jù)此制定了“沿軸線高部位集中布井、適度改造疏通天然裂縫”的技術(shù)對策，新井部署以獲取最大自然產(chǎn)能為目的，工程上差異化施策，以縫網(wǎng)酸壓改造為主體技術(shù)，鉆井成功率由50%提高到100%，產(chǎn)能到位率由64%提高到100%，開發(fā)效果得到大幅改善。

4.4 以地質(zhì)力學(xué)為橋梁實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化

地質(zhì)力學(xué)在油氣勘探開發(fā)中的諸多領(lǐng)域扮演著重要角色，地質(zhì)力學(xué)屬性是影響鉆井井壁穩(wěn)定性、完井防砂控砂和儲層改造等方面的關(guān)鍵參數(shù)。近年來，隨著裂縫性氣藏的勘探開發(fā)，人們逐漸認(rèn)識到地應(yīng)力場(特別是現(xiàn)今地應(yīng)力場)也是影響裂縫性儲層滲透性和流體流動特性的關(guān)鍵屬性［57-58］。在地層壓力預(yù)測、鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定向井軌跡設(shè)計(jì)優(yōu)化、井壁穩(wěn)定性分析、儲層可壓裂性評價、裂縫有效性評價、壓裂縫網(wǎng)預(yù)測、改造方案優(yōu)化、射孔井段優(yōu)選、出砂機(jī)理分析、套損預(yù)警、斷裂活動性評價、產(chǎn)能預(yù)測、井位部署優(yōu)化、裂縫地質(zhì)建模、流-固耦合數(shù)值模擬等方面，地質(zhì)力學(xué)都能發(fā)揮獨(dú)特的作用。因此，地質(zhì)力學(xué)是油氣地質(zhì)與油氣工程之間的“橋梁”技術(shù)，能夠?qū)⒓姺背橄蟮牡刭|(zhì)信息轉(zhuǎn)化為工程方案設(shè)計(jì)可直接應(yīng)用的數(shù)據(jù)，從地質(zhì)研究源頭為工程實(shí)施趨利避害提供依據(jù)，無縫連接石油地質(zhì)與工程技術(shù)，對深層天然氣地質(zhì)工程一體化高效開發(fā)具有重要作用。

4.5 持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新和集成應(yīng)用

深層氣藏開發(fā)的技術(shù)難度大，需要強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新和集成應(yīng)用，解決關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，從勘探開發(fā)的全過程進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，全面提升研發(fā)、裝備、技術(shù)和服務(wù)水平；要改變目前慣用的單純的項(xiàng)目研究，形成以問題為導(dǎo)向的攻關(guān)體制；要改變目前單純技術(shù)研究、生產(chǎn)制造分離的現(xiàn)狀，逐漸形成技術(shù)研發(fā)-生產(chǎn)制造一體化體制；要改變目前多個單一學(xué)科相互獨(dú)立開展研究的現(xiàn)狀，逐漸實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多系統(tǒng)協(xié)同攻關(guān)，做到新技術(shù)、新方法能快速在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)科研生產(chǎn)緊密結(jié)合。

在技術(shù)創(chuàng)新和集成應(yīng)用過程中要特別注重技術(shù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性。目前國際油氣價格在低位運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)深層天然氣快速增儲上產(chǎn)并且又要降低成本、保持效益規(guī)模，需要不斷創(chuàng)新勘探開發(fā)模式，從全過程、全環(huán)節(jié)控制成本，通過高校-企業(yè)、企業(yè)-油田等一體化聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)技術(shù)的跨越，形成可復(fù)制、可推廣的技術(shù)體系，通過模塊化、工廠化應(yīng)用降低成本，推動深層天然氣開發(fā)提質(zhì)增效。

5 結(jié)論

中國深層天然氣資源豐富，勘探開發(fā)已經(jīng)取得了一系列重要成果，建成了四川和塔里木兩大深層天然氣產(chǎn)區(qū)，未來仍有巨大的增長潛力。中國深層天然氣開發(fā)面臨著高效井位部署、合理開發(fā)技術(shù)政策制定、安全快速鉆完井、有效改造提產(chǎn)、安全清潔生產(chǎn)等挑戰(zhàn)，經(jīng)過十多年攻關(guān)研究，已經(jīng)形成深層地震成像和儲層預(yù)測技術(shù)、深層復(fù)雜氣藏開發(fā)對策優(yōu)化技術(shù)、深層高溫高壓氣井鉆完井技術(shù)、深層復(fù)雜儲層精準(zhǔn)改造技術(shù)、深層特殊流體采氣工藝技術(shù)等5大技術(shù)系列。低油價時代的來臨，將促使深層天然氣開發(fā)技術(shù)與數(shù)字化、信息化技術(shù)進(jìn)一步緊密結(jié)合，向低成本、高精度、自動化、智能化方向快速發(fā)展，為深層天然氣資源高效開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)保障。

在深層天然氣開發(fā)過程中，要堅(jiān)持地震先行，堅(jiān)持規(guī)模試采和先導(dǎo)試驗(yàn)，堅(jiān)持地質(zhì)工程一體化，根據(jù)氣藏地質(zhì)特征確定合理的開發(fā)技術(shù)政策。要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和集成應(yīng)用，解決關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，同時注重技術(shù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性，以技術(shù)的發(fā)展推動深層天然氣快速高效開發(fā)。